Với tinh thể hợp chất ba nguyờn tố CuInS2, do sự khụng hợp thức, tỉ lệ Cu:In khỏc nhau,… cú thể dẫn tới sự hỡnh thành một số trạng thỏi với năng lượng phõn bố dưới bờ vựng cấm, làm cho tớnh chất quang của CIS khỏc với cỏc chấm lượng tử bỏn dẫn CdSe, CdTe,… Trong một số cụng bố, cỏc trạng thỏi điện tử-lỗ trống và cỏc mức năng lượng trong vật liệu tinh thể khối CIS đó được nghiờn cứu và trỡnh bày trờn hỡnh 4 8 [83]
Hỡnh 4 8 Cỏc trạng thỏi điện tử-lỗ trống và cỏc mức năng lượng tương
ứng trong tinh thể khối CIS [83]
Tựy thuộc vào chất lượng tinh thể và khi cú sự tham gia của hiệu ứng giam giữ lượng tử cỏc hạt tải điện trong tinh thể nanụ, bức tranh chung về cỏc
trạng thỏi dưới bờ vựng và vị trớ năng lượng tương ứng cú thay đổi khỏc nhau Cỏc trạng thỏi định xứ dưới bờ vựng cựng tham gia trong cỏc chuyển dời quang với exciton, cú sự cạnh tranh và chuyển húa lẫn nhau Vỡ vậy, về mặt thực nghiệm, cựng với việc nghiờn cứu cỏc quỏ trỡnh quang dừng, nghiờn cứu động học và nhiệt động học là hết sức cần thiết, cho phộp hiểu rừ hơn cỏc quỏ trỡnh quang xảy ra theo thời gian và nhiệt độ Do đú, huỳnh quang phõn giải thời gian và huỳnh quang phụ thuộc nhiệt độ thường là cỏc kỹ thuật được sử dụng trong nghiờn cứu cỏc quỏ trỡnh động và nhiệt học của hệ hạt tải điện sinh ra do kớch thớch quang Bớc sóng (nm) 750 700 650 600 550 10000 CIS/ Diesel kt=532 nm 45ns 50ns 55ns 60ns 80ns 110ns 190ns 390ns 5000 0 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 Năng lợng (eV)
Hỡnh 4 9 Phổ huỳnh quang phõn giải thời gian của chấm lượng
tử CIS chế tạo ở 210 oC trong thời gian 15 phỳt
Hỡnh 4 9 trỡnh bày phổ huỳnh quang phõn giải thời gian cỏc chấm lượng tử bỏn dẫn CIS chế tạo trong dung mụi diesel ở 210 oC trong thời gian 15 phỳt Phổ huỳnh quang nhận được cũng giống như huỳnh quang dừng, cú độ bỏn rộng phổ gần 100 nm (124 meV) và độ dịch Stockes rất lớn đến 140 nm (phổ hấp thụ khụng trỡnh bày ở đõy), là cỏc đặc điểm huỳnh quang khụng cú nguồn gốc chuyển dời của exciton mà liờn quan tới cỏc trạng thỏi bờ vựng Phổ huỳnh quang phõn giải thời gian cho thấy huỳnh quang của chấm lượng tử CIS là sự chồng chập của hai thành phần: thành phần phổ thứ nhất tại vựng năng lượng thấp, cú đỉnh phổ ~1,9 eV và thành phần phổ thứ hai tại vựng năng lượng cao, cú đỉnh phổ ~2 eV Theo thời gian trễ sau xung kớch thớch, thành phần phổ năng lượng thấp cú thời gian phõn ró huỳnh quang dài hơn, đó trở nờn chiếm ưu thế so với thành phần phổ năng lượng cao
Kết quả nhận được từ Hỡnh 4 9 cho thấy cú sự dịch đỉnh phổ về phớa năng lượng thấp theo thời gian trễ sau thời điểm kớch thớch Đõy là đặc điểm của tỏi hợp điện tử và lỗ trống ở trạng thỏi đụno-axộpto, cú xỏc suất tỏi hợp điện tử-lỗ trống ở cỏc cặp đụno-axộpto gần trước (xỏc suất tỏi hợp lớn hơn do sự phủ hàm súng quỹ đạo điện tử và lỗ trống), rồi theo thời gian mới cú tỏi hợp điện tử-lỗ trống ở những cặp xa sau Tỏi hợp điện tử-lỗ trống ở cỏc cặp đụno- axộpto gần cú năng lượng huỳnh quang cao hơn do cú đúng gúp của phần năng lượng tương tỏc Coulomb lớn hơn; ngược lại, tỏi hợp điện tử-lỗ trống ở cỏc cặp đụno-axộpto xa cú năng lượng huỳnh quang thấp hơn (theo cụng thức 1 5) Kết quả là tỏi hợp điện tử-lỗ trống ở trạng thỏi cặp đụno-axộpto cú đặc điểm huỳnh quang dịch đỉnh về phớa năng lượng thấp theo thời gian trễ sau thời điểm kớch thớch
Phổ huỳnh quang phõn giải thời gian của chấm lượng tử bỏn dẫn CIS được phõn tớch thành hai thành phần dạng Gauss, với cỏc đỉnh phổ thành phần theo thời gian trễ khỏc nhau sau xung kớch thớch được thể hiện trờn Hỡnh 4 10
Cả hai thành phần phổ cú biểu hiện rất rừ của quỏ trỡnh tỏi hợp điện tử-lỗ trống ở trạng thỏi đụno-axộpto Cú thể thấy dải huỳnh quang ở năng lượng cao ~2 eV cú tương tỏc cặp mạnh hơn, dịch nhiều hơn, tới 40 meV sau gần 300 nanụ giõy trễ từ thời điểm xung kớch thớch Trong khi đú giải huỳnh quang ~1,9 eV chỉ dịch ~14 meV