안티몬 황화물(Sb2 S3 )는 오래전부터 광전소자에 적용되어 왔다. 그러나 Sb2에 대한 정보가 부족했습니다. S3 합성의 어려움 때문에 양자점(QD). 이 공석을 채우기 위해 수용성 Sb2 S3 양자점은 음이온성-양이온성 계면활성제로 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB)와 나트륨 도데실 설페이트(SDS) 혼합물, 안정제로 알칸올 아미드(DEA), 분산제로 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)을 사용하여 고온 주입에 의해 제조되었습니다. 흡수 및 방출을 포함한 광전 특성은 UV-Vis-IR 분광 광도계 및 광발광(PL) 분광 기술로 특성화되었습니다. Sb2를 나타내는 880nm에서 집중적인 PL 방출이 발견되었습니다. S3 QD는 근적외선 LED 및 근적외선 레이저 응용 분야에서 좋은 전망을 가지고 있습니다. Sb2 S3 QD 박막은 자기 조립 성장에 의해 준비된 다음 아르곤 또는 셀레늄 증기에서 어닐링되었습니다. 밴드 갭(E g s) 투과율 스펙트럼에 따라 계산되었습니다. E g Sb2의 S3 QD 박막은 어닐링 또는 셀레닐화를 통해 1.82에서 1.09eV까지 조정할 수 있는 것으로 밝혀져 태양광 응용 분야에서 좋은 전망을 보여줍니다.
<섹션 데이터-제목="배경">양자점(Quantum Dot, QD)은 조작된 광전 특성과 장치 엔지니어링을 위한 우수한 용액 가공성으로 인해 지난 10년 동안 많은 관심을 받았습니다[1,2,3]. 일반적으로 PbS 및 납 할로겐화 페로브스카이트와 같은 납 화합물 QD는 간단한 합성과 만족스러운 성능으로 인해 광전지, OLED, 레이저 및 광검출기와 같은 광전 응용 분야에서 유망한 후보 물질로 최근 등장했습니다[4,5,6]. 또한 CdS, CdSe, ZnS, ZnSe, HgTe, CuInSe2와 같은 다양한 반도체 QD , CuInS2 , CdHgTe 및 기본 장치가 모든 곳에서 보고되었습니다.
Sb2 S3 광전반도체 제조를 위한 유망한 반도체 재료인 황화안티몬으로 알려져 있다[7, 8]. 결정 형태(stibnite)에서 약 1.7–1.8 eV의 적당한 밴드 갭이 있습니다. 흥미롭게도, 밴드 갭은 황이 부분적으로 셀레늄으로 대체될 때 1.1–1.8 eV 범위에서 조정할 수 있습니다[9]. 당연히 Sb2 S3 광기전력소자, 광화학 촉매, 광검출기의 흡수제 또는 증감제로 사용할 수 있는 다기능 재료입니다. 게다가, Sb와 S는 비교적 풍부하고, 저렴하며, 독성이 낮은 원소로, 대규모 적용 가능성이 있습니다. 황화안티몬은 독특한 가공성을 가지고 있습니다. 저온(~ 400 °C)에서 진공 증발시키거나 다양한 재료를 사용하여 용액 처리할 수 있습니다. Sb2 S3 일반적으로 감광 태양 전지에 적용되었습니다. 티오아세트아미드 처리 Sb2 사용 S3 7.5%의 전력 변환 효율(PCE)을 갖는 증감 하이브리드 태양 전지인 CBD(Chemical Solution Deposition)에 의해 증착된 증감제가 실현되었다[10]. 최근에는 용액 처리된 단순한 구조의 평면 이종접합 태양전지가 Sb2 S3 필름은 Sb2를 포함하는 전구체를 사용하여 기존의 스핀 캐스트 기술로 제조되었습니다. O3 , CS2 및 n-부틸아민[7]. 나노구조 Sb2 S3 용액법으로 합성한 광검출기는 고성능 광검출기에 널리 적용되었다[11,12,13]. Sb2 S3 NW 기반 광검출기는 300~800nm의 넓은 스펙트럼 범위에서 우수한 광응답을 나타냈습니다. 특히 638nm에서 고전류 ON/OFF 비율 약 210, 스펙트럼 응답도 1152A/W, 검출율 2 × 10 13 으로 최적의 값을 보였습니다. Jones 및 약 37ms의 상승 및 하강 시간[11]. 솔루션 처리 Sb2 S3 nanorod는 일반적으로 염료 분해[14] 및 고성능 나트륨 이온 배터리[15]를 위한 효율적인 광촉매로 사용되었습니다. 불행히도 Sb2에 대한 보고된 정보가 거의 없었습니다. S3 QD.
우리는 Sb2를 믿습니다. S3 0차원 물질은 양자 구속 효과 때문에 다차원 물질에 비해 특이한 광학 및 전기적 특성을 가져야 합니다. 이 공석을 채우기 위해 본 논문은 120 °C 오일 배스 조건에서 CTAB와 SDS 혼합물을 음이온성-양이온 계면활성제로, DEA를 안정제로, EDTA를 분산제로 사용하여 수용성 황화안티몬 양자점 합성을 먼저 보고했습니다. 하이드록실의 간섭을 극복하기 위해 물 대신 무수 2-메톡시에탄올에서 반응을 진행하였다. 이러한 전구체는 무독성, 무취이며 기존 첨가제에 비해 저렴합니다[16, 17]. 실제 적용하기 전에 여기에서 구조적, 광학적 및 전기적 특성을 연구했습니다.
Sb2 S3 QD는 Rapid Hot Injection 방법으로 합성되었습니다. 일반적인 제조 절차에서는 SDS(0.05mmol, 99.5%), CTAB(0.05mmol, 99.5%), EDTA(0.2mmol, 99.5%) 및 DEA(4ml, 99.9%)를 100- ml 무수 2-메톡시에탄올을 넣고 120°C 오일 배스에서 20분 자기 교반 후 용해합니다. 다음으로, 0.5mmol의 티오아세트아미드(TAA)를 뜨거운 용액에 용해시켰다. 그런 다음, 2ml의 안티몬 아세테이트(아세트산 용액(0.25M))를 자기 교반과 함께 전구체 용액에 주입했습니다. 즉시 용액이 투명에서 밝은 노란색으로 변하여 황화물이 형성되었음을 나타냅니다. 그런 다음 용기를 얼음욕으로 바꾸어 반응을 종료시켰다. 최종 생성물을 15000rpm에서 10분 동안 원심분리한 후 이소프로판올로 3회 이상 반복하여 세척한 후 최종적으로 6000rpm에서 5분 동안 원심분리하여 거친 입자를 제거했습니다.
Sb2 S3 QD를 실온에서 진공 건조한 다음 동시 열 분석기(STA 449 F3, NETZSCH)를 사용하여 테스트했습니다. 결정 구조는 X선 회절(XRD, Bruker D8)에 의해 특성화되었습니다. 조성 측정은 에너지 분산 분광기(EDS, EDAX Inc.)로 수행하였다. Sb2 S3 분말(99.99%, Aladdin)은 EDS 측정의 보정을 위한 표준으로 사용되었습니다. 양자점의 나노 규모 정보는 선택 영역 전자 회절(SAED)을 사용하는 고해상도 투과 전자 현미경(HRTEM, Zeiss Libra200)으로 특성화되었습니다. He-Ne 레이저(325nm)를 여기 소스로 사용하여 광발광 분광 기술(PL, Horiba iHR550)을 사용하여 방출 스펙트럼을 기록했습니다. UV-Vis-IR 분광광도계(Agilent Cary 5000)를 사용하여 QD 분산 및 필름에 대한 광투과 스펙트럼을 수행했습니다.
Sb2 합성 S3 QD는 저렴하고 조작이 쉽고 반복 가능한 프로세스입니다. 화학 반응은 다음 두 가지 간단한 반응식으로 설명할 수 있습니다.
$$ {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CSNH}}_2+2{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{OCH}}_2{\mathrm{CH}}_2\mathrm{O}\ mathrm{H}\to {\mathrm{CH}}_3\mathrm{C}{\left({\mathrm{CH}}_3{\mathrm{OCH}}_2{\mathrm{CH}}_2\mathrm{ O}\right)}_2{\mathrm{NH}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{S} $$ (1) $$ 2\mathrm{S}\mathrm{b}{\left( {\mathrm{CH}}_3\mathrm{COO}\right)}_3+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}\to {\mathrm{S}\mathrm{b}}_2{\ mathrm{S}}_3+6{\mathrm{CH}}_3\mathrm{COO}\mathrm{H} $$ (2)LaMer 모델[18]에 따르면, 핵 생성 및 결정 성장 단계의 분리는 좁은 크기 분포를 갖는 작은 입자 형성을 위한 주요 요구 사항입니다. 이 반응의 초기 단계에서 등몰 SDS/CTAB를 포함하는 용액은 혼합 미셀보다 상대적으로 더 큰 양이온성 소포를 형성하는 경향이 있습니다[16]. S 2− 사이의 반응 및 Sb 2+ 폭발적인 핵 생성으로 이어졌습니다. 다음으로, 킬레이트화 효과로 인해 금속 이온-ETDA 착물의 형성은 자유 금속 이온 농도를 감소시킨다[19]. 따라서, 결정립 성장은 효과적으로 억제되었고, Sb2 S3 솔루션의 QD.
QD의 형태에 대한 온도 및 반응 시간의 영향이 먼저 연구되었습니다. 온도가 90~120°C로 변하고 반응 시간이 30초에서 15분으로 제어될 때 모양과 크기가 거의 변하지 않음을 발견했습니다. 그림 1a, b는 120°C에서 샘플 합성의 TEM 이미지와 고해상도 이미지를 보여줍니다. 이미지는 균일한 구형 모양을 가진 QD의 우수한 단분산성을 나타내며 직경은 주로 3~5nm 범위에 있습니다. 고해상도 이미지는 각 입자가 단결정 양자임을 나타내는 명확한 격자 무늬를 보여줍니다. SAED는 경계가 불분명한 동심원을 보여 합성된 나노물질이 낮은 결정성을 가지고 있음을 나타냅니다. 화학 조성은 그림 1c와 같이 EDS로 분석되었습니다. QD의 정량적 원소 EDS 분석은 평균 원자 비율(S%:Sb%)이 1.68임을 나타내며, 이는 황 원소의 화학량론적 비율이 약간 더 높음을 나타냅니다. 우리는 일부 황이 QD 표면에 화학적으로 흡착되거나 물리적으로 흡착되었음을 추론했습니다. 그림 1d는 진공 건조된 QD의 XRD 스펙트럼을 보여줍니다. 대략적으로 XRD 패턴은 사방정계 Sb2와 일치합니다. S3 (JCPDS no. 73-0393), EDS 분석 결과 확인. 불분명한 XRD 피크는 SAED 패턴과 매우 일치하는 낮은 결정도를 나타냅니다.
<그림>
Sb2의 형태 및 구조적 특성 S3 양자점. 아 TEM 이미지 및 SAED 패턴. ㄴ 고해상도 TEM 이미지. ㄷ EDS 분석 및 d XRD 패턴
QDs-이소프로판올 분산액의 광 흡수는 Agilent Cary 5000 분광광도계로 측정했습니다. 그림 2a에서 볼 수 있듯이 Sb2 S3 QD 분산은 밝은 노란색이며 거의 모든 가시 범위에서 넓은 흡수를 나타냅니다. 300~500nm의 단파장에서 거의 완전한 흡수를 나타내고 근적외선 영역에서 높은 투과율을 보입니다. 그림 2b는 농도가 2mg/ml인 분산의 광발광(PL) 스펙트럼을 보여줍니다. 여기서 Sb2 S3 다른 반응 시간으로 준비되었습니다. 모든 Sb2에 대한 PL 스펙트럼 S3 샘플은 약 510nm(2.43eV) 및 880nm(1.41eV)에서 두 개의 뚜렷한 방출 피크를 나타냅니다. 이는 나노구조 Sb2와 상당히 다릅니다. S3 CBD(Chemical Solution Deposition)에 의해 제조됨 [20]. 이전 보고서에 따르면 CBD 합성 Sb2 S3 나노결정은 엑시톤으로 인한 약 610nm(2.03eV)에서 정점을 이루는 약한 밴드 에지 방출과 717nm(1.72eV)에서 정점을 이루는 황 결손 관련 강한 방출을 보여줍니다. 수용성 Sb2용 S3 여기에서 양자 크기 효과(QSE)가 Sb
Sb2의 광학적 특성 S3 QD 분산. 아 흡광도 및 b Sb2의 PL 스펙트럼 S3 분산
Sb2의 적용을 더 연구하려면 S3 반도체 처리의 QD, Sb2 S3 필름은 5mg/ml QDs-이소프로판올 분산액에서 유리 위의 자가 조립 성장에 의해 준비되었습니다. 어닐링 처리 전에 안정성 테스트를 위해 열중량 분석을 사용했습니다. 그림 3a에 표시된 진공 건조 QD의 TG 및 DSC 프로필에 따르면 Sb2 S3 QD는 실온에서 시작하여 약 12% 중량 증가를 가지며, 이는 이들이 높은 활성을 가지며 부분적으로 산화되거나 표면에 부착되었음을 나타냅니다. Sb2 S3 QD는 실온에서 아르곤에서 상대적인 안정성을 나타낸 다음 236°C에서 시작된 과도한 S 제거가 뒤따르는 첫 번째 명백한 중량 감소를 나타냅니다. Sb2의 융점 S3 QD는 결정질 Sb2보다 현저히 낮은 508°C로 측정되었습니다. S3 분말(550°C, Sigma Aldrich). 우리는 S 성분 손실을 동반한 전체 테스트 온도 범위에서 점진적으로 느린 중량 손실이 있음을 확인했습니다. Sb2 S3 Ar 및 Se 증기에서 QD 필름 어닐링 처리가 후속적으로 연구되었습니다. 미처리, 어닐링 및 셀렌화 필름의 광 투과 스펙트럼은 그림 3b에 표시되고 세 가지 샘플의 사진은 그림 3c에 표시됩니다. 어닐링 및 셀렌화된 샘플의 경우 둘 다 250°C에서 5분 동안 처리되었습니다. 어닐링된 샘플과 셀렌화된 샘플의 흡수 가장자리는 각각 500nm에서 650nm 및 850nm로 이동했습니다. 둘 다 Sb2이기 때문에 S3 및 Sb2 Se3 직접 밴드 갭 반도체[24, 25]인 경우 평균 밴드 갭은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
$$ \upalpha =\left(A/\mathrm{h}\upnu \right)\times {\left(\mathrm{h}\upnu -\mathrm{Eg}\right)}^{1/ 2} $ $ (3) <그림><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-017-2421-1/MediaObjects /11671_2017_2421_Fig3_HTML.gif?as=webp">
Sb2의 광전 특성 S3 QD 박막. 아 건조 Sb2의 TG 및 DSC 프로파일 S3 Ar 및 공기에서 QD를 테스트했습니다. ㄴ 투과 스펙트럼, c 사진 및 d 사전 및 사후 어닐링된 Sb2의 밴드 갭 분석 S3 QD 박막
여기서 A 상수입니다. h 는 플랑크 상수이고 ν 는 입사 광자의 빈도입니다. 플로팅하여 선형 영역을 피팅했습니다(αhv ) 2 대 (hv ) 평균 E를 계산했습니다. g 그림 3에서 볼 수 있듯이 E g 미처리 샘플의 1.82eV는 250°C에서 5분 어닐링 후 1.42eV로 감소했습니다. E의 변형 g Sb2의 결정성을 나타냅니다. S3 과잉 S 원소의 제거를 동반한 질서-무질서 변형으로 개선되었다[26]. 셀렌화된 샘플의 경우 E g 결정질 실리콘에 매우 가까운 최소 1.09eV로 감소했습니다. 정량적 원소 EDS 분석 결과 Sb2 S3 Sb2로 변환되었습니다. (S1−x Se x )3 마지막으로 Sb2로 Se3 대부분의 유황이 셀레늄으로 대체된 후 [7, 9]. 셀레닐화 온도는 250°C 미만이므로 플렉서블 기기의 제조 및 성능 향상에 도움이 되었다고 생각합니다. 우리가 알고 있는 바와 같이, 태양 전지 흡수체의 최적 밴드 갭은 1.45eV였습니다. 따라서 어닐링되고 셀렌화된 Sb2 S3 QD 필름은 광기전 흡수 재료의 좋은 후보입니다.
수용성 Sb2를 합성하는 새로운 방법 S3 QD는 음이온-양이온 계면활성제로 CTAB와 SDS 혼합물, 안정제로 DEA, 분산제로 EDTA를 사용하여 고온 주입에 의해 개발되었습니다. 합성 과정은 작동하기 쉽고 반복 가능합니다. 모든 시약과 첨가제는 무독성, 무취이며 저렴합니다. Sb2 S3 QD는 880nm에서 집중적인 PL 방출을 갖고 근적외선 영역에서 높은 투과율을 가지므로 근적외선 LED 및 근적외선 레이저 제조에 좋은 전망이 있음을 나타냅니다. Sb2 S3 QD는 Sb2를 형성하기 위해 증착될 수 있는 우수한 단분산성과 가공성을 나타냅니다. S3 영화. E g Sb2의 S3 QD 필름은 250°C 미만의 Ar 또는 Se 증기에서 어닐링 처리 후 1.42 및 1.09 eV로 전환될 수 있어 광전지 응용 분야에서 좋은 전망을 보여줍니다.
화학 용액 증착
헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드
알칸올 아미드
시차주사열량계
에너지 분산 분광계
에틸렌디아민테트라아세트산
고해상도 투과전자현미경
발광 다이오드
유기발광다이오드
광발광
양자점
양자 크기 효과
선택 영역 전자 회절
나트륨 도데실 설페이트
동시 열 분석기
티오아세트아미드
열중량 분석
X선 회절
나노물질
초록 제어 가능한 형태와 다양한 구성 요소를 가진 폴리옥소메탈레이트 기반 나노물질(PNM)을 탐색하고 준비하는 것은 어려운 일입니다. 여기에서 3d -4f 금속은 이소폴리옥소메탈레이트 및 앤더슨형 폴리옥소메탈레이트, CeCdW12에 도입됩니다. 나노플라워와 EuCrMo6 microflaky는 각각 제작되었습니다. PNM의 희귀 형태에 대한 영향 요인을 식별하기 위해 일련의 제어 실험이 수행됩니다. 또한 396nm에서 여기되면 EuCrMo6의 방출 스펙트럼 5개의 눈에 띄는 f − f 표시 Eu3+ 5에 할당된 674, 685, 6
초록 수직으로 정렬된 Si 나노와이어(Si NW)의 주기적으로 정렬된 어레이는 제어 가능한 직경과 길이로 성공적으로 제작되었습니다. 그들의 광전도 특성은 개별 나노와이어에 대한 광전도성 원자력 현미경(PCAFM)에 의해 조사됩니다. 결과는 Si NW의 광전류가 레이저 강도에 따라 크게 증가함을 보여주며, 이는 Si NW가 우수한 광전도성과 광응답 능력을 가짐을 나타냅니다. 이 광강화 컨덕턴스는 I-V 곡선 분석에 의해 확인된 광유도 쇼트키 장벽 변화에 기인할 수 있습니다. 한편, 정전기력현미경(electrostatic force
