NC CdTe và CdTe/CdSe
Hình 3.11 là phổ PL của các NC CdTe, CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML khi thay đổi mật độ công suất kích thích từ 1-1000 mW/cm2. Có thể nhận thấy với các NC CdTe khi thay đổi mật độ công suất kích thích từ 1-1000 mW/cm2 thì vị trí đỉnh PL không thay đổi. Điều này được giải thích là với các NC lõi CdTe thì thời gian sống exciton ngắn nên khi tăng công suất kích thích, số lượng điện tử và lỗ trống sinh ra tăng theo nhưng chúng lại tái hợp phát xạ luôn nên không gây ra những hiệu ứng khác, không làm thay đổi vị trí đỉnh PL. Tuy nhiên với các NC loại II CdTe/CdSe thì kết quả quan sát thấy đỉnh PL đều dịch về phía năng lượng cao (dịch xanh) khi tăng công suất kích thích. Khi mật độ công suất kích thích tăng từ 1- 1000 mW/cm2 thì đỉnh PL của các NC CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML dịch về phía năng lượng cao tương ứng là 10 và 22 meV.
Sự dịch xanh của đỉnh PL đối với các NC loại II CdTe/CdSe khi tăng công suất kích thích do ảnh hưởng của ba hiệu ứng: i) hiệu ứng uốn cong vùng cấm (BB), ii) hiệu ứng tích điện (CC) và iii) hiệu ứng làm đầy trạng thái (SF). Ba hiệu ứng trên đều có thể là nguyên nhân gây nên sự dịch xanh của đỉnh PL. Để xác định đâu là nguyên nhân gây nên sự dịch xanh của đỉnh PL đối với các NC CdTe/CdSe, chúng tôi biểu diễn sự thay đổi của vị trí đỉnh PL vào mật độ công suất kích thích, được biểu diễn trong hình 3.12.
Hình 3.11: Phổ PL của các NC CdTe, CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML khi thay đổi mật độ công suất kích thích từ 1-1000 mW/cm2.
Quan sát trên Hình 3.12 ta nhận thấy sự thay đổi tuyến tính của năng lượng phát xạ theo mật độ công suất kích thích mũ 1/3 đối với các NC CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML phản ánh nguyên nhân gây nên sự dịch xanh của đỉnh phát xạ khi tăng công suất kích thích đối với các NC trên là do hiệu ứng uốn cong vùng năng lượng. Độ dốc của đường thẳng mô tả sự phụ thuộc của năng lượng phát xạ theo mật độ công suất kích thích mũ 1/3 tăng dần đối với các NC CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML. Điều này được giải thích là do đối với các NC loại II CdTe/CdSe,
khi lớp vỏ CdSe càng dày thì tích phân che phủ điện tử - lỗ trống() càng giảm (nghĩa là sự tách không gian giữa điện tử - lỗ trống tăng).
Khi tăng công suất kích thích, sự tập trung của một số lượng lớn điện tử và lỗ trống tại biên tiếp giáp sẽ làm xuất hiện một điện trường hướng từ vỏ CdSe đến lõi CdTe. Điện trường này có cường độ càng mạnh nếu càng nhỏ. Dưới tác dụng của điện trường này, vùng dẫn của lõi CdTe bị uốn cong lên trong khi vùng hóa trị của CdSe bị uốn cong xuống làm cho độ rộng vùng cấm hiệu dụng của các NC lõi/vỏ loại II CdTe/CdSe tăng. Khi đó điện tử và lỗ trống có thể chiếm các mức năng lượng cao hơn, chúng tái hợp với nhau gây ra sự dịch xanh của đỉnh phát xạ .
Hình 3.12: Sự phụ thuộc của năng lượng phát xạ theo mật độ công suất kích thích mũ 1/3 của các NC CdTe, CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML
KẾT LUẬN
Trong thời gian nghiên cứu luận văn đã thu được những kết quả khoa học chính như sau:
1. Chế tạo thành công các NC CdTe và các NC lõi vỏ loại II CdTe/CdSe
với các bề dày lớp vỏ khác nhau thể hiện ở việc quan sát thấy xuất hiện một đuôi hấp thụ phía bước sóng dài ở phổ Abs và đỉnh PL dịch mạnh về phía bước sóng dài khi vỏ CdSe phát triển trên lõi CdTe.
2. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo như nhiệt độ chế tạo,
thời gian chế tạo đến sự hình thành và các đặc trưng quang của các NC CdTe, CdTe/CdSe.
3. Các NC CdTe/CdSe có lớp vỏ CdSe càng dày thì đỉnh PL càng dịch về
phía bước sóng dài và thời gian sống PL càng tăng
4. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng công suất kích thích, đỉnh PL của các
NC loại II CdTe/CdSe dịch về phía năng lượng cao gây bởi hiệu ứng uốn cong vùng năng lượng. Các NC CdTe/CdSe có lớp vỏ càng dày thì đỉnh PL càng dịch về phía năng lượng cao khi tăng công suất kích thích do tăng cường sự tách không gian giữa điện tử và lỗ trống.
Tài liệu tham khảo
[1] I. M. Dharmadasa; Unravelling complex nature of CdS/CdTe based thin film solar cells; J. Mater. Scien: Materials in Electronics, 28, 16598–16617, 2017. [2] L. Li, P. Reiss; One-pot Synthesis of Highly Luminescent InP/ZnS Nanocrystals without Precursor Injection; J. Am. Chem. Soc, 130, 11588–11589, 2008.
[3] S. H. Wei, A. Zunger; Calculated natural band offsets of all II–VI and III–V semiconductors: Chemical trends and the role of cation d orbitals; Appl. Phys. Lett,
72, 2011–2013,1998.
[4] A. Mews, A. Eychmu¨ller, M. Giersig, D. Schooss, H. Weller; Quantum-dot quantum well CdS/HgS/CdS: Theory and experiment; J. Phys, 49, 17072, 1994. [5] T.Rieger, T. Riedl, E. Neumann, D. Grützmacher, J. K. N. Lindner, and A. Pawlis; Strain Compensation in Single ZnSe/CdSe Quantum Wells: Analytical Model and Experimental Evidence; ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 8371–8377, 2017. [6] G. Sfyri, S. Sfaelou, K. S. Andrikopoulos, N. Balis, G. A. Voyiatzis, and P. Lianos; Composite ZnSe-CdSe Quantum Dot Sensitizers of Solid-State Solar Cells and the Beneficial Effect of Added Na2S; J. Phys. Chem. C, 118, 16547–16551, 2014. [7] Li Q, Xu Z, McBride JR, Lian T; Low Threshold Multiexciton Optical Gain in Colloidal CdSe/CdTe Core/Crown Type-II Nanoplatelet Heterostructures; ACS Nano, 11, 2545-2553, 2017.
[8] S. Kim, B. Fisher, H. Eisler, and M. Bawendi; Type-II Quantum Dots: CdTe/CdSe(Core/Shell) and CdSe/ZnTe(Core/Shell) Heterostructures; J. Am. Chem.
Soc, 125, 11466–11467, 2003
[9] N.McElroy, R.C.Page, D.Espinbarro-Valazquez, E.Lewis, S.Haigh, P.O'Brien, D.J.Binks; Comparison of solar cells sensitised by CdTe/CdSe and CdSe/CdTe core/shell colloidal quantum dots with and without a CdS outer layer; Thin Solid Films, 2, 65-70, 2014.
[10] Shuang Jiao†, Qing Shen, Iván Mora-Seró, Jin Wang, Zhenxiao Pan, Ke Zhao, Yuki Kuga, Xinhua Zhong, and Juan Bisquert; Band Engineering in Core/Shell ZnTe/CdSe for Photovoltage and Efficiency Enhancement in Exciplex Quantum Dot Sensitized Solar Cells; ACS Nano, 9, 908–915, 2015.
[11] N. X. Ca, V.T.K Lien, N.X. Nghia, T.T.K Chi and P.T. Long; Tunable luminescent emission characterization of type-I and type-II systems in CdS–ZnSe core–shell nanoparticles: Raman and photoluminescence study, , Nanotechnology,
26, 445701-445708, 2015.
[12] N. X. Ca, N.Q. Bau, T.L. Phan, V.T.K. Lien, N.T.T. Lieu, N.X. Nghia; Temperature-dependent photoluminescent and Raman studies on type-II CdS/ZnSe core/shell and CdS/CdZnS-ZnCdSe/ZnSe core/intermediate/shell nanoparticles;
Journal of Alloys and Compounds , 697, 401-408, 2017.
[13] Kui Yu, Badruz Zaman, Svetlana Romanova, Da-shan Wang, and John A. Ripmeester; Sequential Synthesis of Type II Colloidal CdTe/CdSe Core–Shell Nanocrystals; Small, 1, 332 –338, 2005.
[14] Zhong-Jie Jiang and David F. Kelley; Stranski–Krastanov Shell Growth in ZnTe/CdSe Core/Shell Nanocrystals, J. Phys. Chem. C, 117 , 6826–6834,2013. [15] H. Borchert, D. V. Talapin, C. McGinley, S. Adam, A. Lobo, A. R. B. de Castro, T. Moller, H. Weller, J. Chem. Phys, 119, 1800–1807,2003.
[16] H. Borchert, S. Haubold, M. Haase, H. Weller; Investigation of ZnS Passivated InP Nanocrystals by XPS; Nano Lett, 2, 151–154.
[17] Andrei Piryatinski, Jagjit Nanda, Sergei Tretiak, Kevin R. Zavadil, William O. Wallace, Don Werder, and Victor I. Klimov; Type-II Core/Shell CdS/ZnSe Nanocrystals: Synthesis, Electronic Structures, and Spectroscopic Properties Sergei A. Ivanov; J. Am. Chem. Soc, 129, 11708-11719,2007.
[18] Peter Reiss, Myriam Protiere, and Liang Li, Small, 5, 154–168, 2009.
[19] Salman A. AL. Spectroscopy and Kinetic Studies of Electron-Hole Recombination in CdSe Nanoparticles: Effect of Size, Shape, and Lattice Structure, Ph. D. Thesis, Lausanne, EPFL, chapter 1, 2007.
[20] Ung Thi Dieu Thuy, Pham Song Toan, Tran Thi Kim Chi, Dinh Duy Khang and Nguyen Quang Liem ; CdTe quantum dots for an application in the life sciences;
Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol, 1, 045009- 045014, 2010.
[21] Celso de Mello Donega; Synthesis and properties of colloidal heteronanocrystals; Chem. Soc. Rev, 40, 1512-1546, 2011.
[22] Chi-Hung Chuang, Tennyson L. Doane, Shun S. Lo, Gregory D. Scholes, and Clemens Burda; Measuring Electron and Hole Transfer in Core/Shell Nanoheterostructures; Acs Nano, 5, 6016-6024, 2011.
[23] W. William Yu, Lianhua Qu, Wenzhuo Guo, and Xiaogang Peng; Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals;
Chem. Mater, 15, 2854-2860, 2003.
[24] W. K. Bae, K. Char, H. Hur, S. Lee; Single-Step Synthesis of Quantum Dots with Chemical Composition Gradients; Chem. Mater, 20, 531– 539, 2008.
[25] Highly Luminescent CdTe/CdSe Colloidal Heteronanocrystals
with Temperature-Dependent Emission Color, Patrick T. K. Chin, Celso de Mello Donega, Svetlana S. van Bavel, Stefan C. J. Meskers, Nico A. J. M. Sommerdijk, and Rene´ A. J. Janssen, J. Am. Chem. Soc, 129, 14880-14886, 2007.
[26] W. Zhang, G. Chen, J. Wang, B. Ye, and X. Zhong; Design and Synthesis of Highly Luminescent Near-Infrared-Emitting Water-Soluble CdTe/CdSe/ZnS Core/Shell/Shell Quantum Dots; Inorg. Chem, 48, 9723–9731, 2009.
[27] C. H. Wang, T. T. Chen, K. W. Tan, Y. F. Chen, C. T. Cheng and P. T. Chou; Photoluminescence properties of CdTe∕CdSe core/shell type-II quantum dots; J. Appl.Phys, 99, 123521,2006.
[28] P. J. Simmonds, R. B. Laghumavarapu, M. Sun, A. D. Lin, C. J. Reyner, B. L. Liang, and D. L. Huffaker; Structural and optical properties of InAs/AlAsSb quantum dots with GaAs(Sb) cladding layers; Appl. Phys. Lett, 100, 243108 ,2012.
[29] Lê Bá Hải, Luận án tiến sĩ, Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các chấm lượng tử bán dẫn CdSe, CdSe/CdS; Viện Khoa học Vật liệu, 2010.
[30]. Nguyễn Xuân Ca, Luận án tiến sĩ, Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của nano tinh thể lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe, Học viện khoa học và Công nghệ Việt Nam,