单分散IR 吸收纳米颗粒以及相关方法和装置制造方法及图纸

本文所述实施方案一般地涉及能够吸收红外辐射并产生电荷载流子的单分散纳米颗粒。在一些情况下，至少部分所述纳米颗粒为纳米晶体。在某些实施方案中，单分散IR吸收纳米晶体根据包括纳米晶体形成步骤的方法而形成，所述纳米晶体形成步骤包括将包含纳米晶体的第一元素的第一前体溶液添加至包含纳米晶体的第二元素的第二前体溶液以形成第一混合前体溶液，其中第一混合前体溶液中第一元素与第二元素的摩尔比高于成核阈值。该方法还可包括纳米晶体生长步骤，其包括将第一前体溶液添加至第一混合前体溶液以形成第二混合前体溶液，其中第二混合前体溶液中第一元素与第二元素的摩尔比低于成核阈值。

Monodisperse IR absorption nanoparticles and related methods and devices

The proposed scheme generally deals with monodisperse nanoparticles that can absorb infrared radiation and generate charge carriers. In some cases, at least some of the nanoparticles are nanocrystals. In some embodiments, monodisperse IR nanocrystals formed according to the absorption method comprises the steps and nano crystal formation, the nanocrystals formed second elements of the first precursor solution includes the first element contains nano crystal and nano crystal contains second precursor solution to form the first mixed precursor solution, which the first molar ratio of elements and second elements in the first mixed precursor solution is higher than the nucleation threshold. The method can also include the steps of nanocrystal growth, which includes adding the first precursor solution to the first mixed precursor solution to form the second mixed precursor solution, where the molar ratio of the first element to the second element in the second mixed precursor solution is lower than the nucleation threshold.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单分散IR吸收纳米颗粒以及相关方法和装置
本专利技术一般地涉及单分散纳米颗粒，并且特别地，涉及单分散红外吸收纳米颗粒。
技术介绍
能够吸收红外(IR)辐射的装置(例如，IR光电探测器、IR-至-可见光上转换装置和IR太阳能电池)已因其对包括夜视、图像传感器和可再生能源的广泛领域的适用性而引起越来越多的关注。某些纳米颗粒显示出作为IR吸收材料用于IR吸收装置的前景。例如，PbS纳米颗粒通常在至少部分IR光谱中表现出优异的感光性和带隙可调谐性。然而，由于本领域已知的纳米颗粒合成方法的限制，PbS纳米颗粒主要用于当前装置以吸收波长小于约1μm的电磁辐射。因此，为了捕获IR光谱的具有更长波长的部分，需要改进的纳米颗粒合成方法。
技术实现思路
本申请一般地涉及单分散纳米颗粒，并且特别地，涉及单分散红外吸收纳米颗粒。在一些情况下，本申请的主题涉及相关产品、特定问题的替代方案、和/或一种或更多种体系和/或制品的多种不同用途。在一个方面中，描述了一种装置。在一些实施方案中，所述装置包括包含多个纳米晶体的层，其中所述多个纳米晶体的平均最大截面尺寸为约2nm或更大，其相对标准偏差为约10％或更小。在一些实施方案中，所述多个纳米晶体能够吸收波长为至少约700nm的电磁辐射。在另一个方面中，描述了形成多个纳米晶体的方法。在一些实施方案中，所述方法包括将第一量的第一溶液添加至第二溶液以形成第一混合溶液，其中第一溶液包含第一元素而第二溶液包含第二元素，其中第一混合溶液中第一元素与第二元素的摩尔比高于成核阈值。在某些实施方案中，所述方法还包括将第二量的第一溶液添加至第一混合溶液以形成第二混合溶液，其中第二混合溶液中第一元素与第二元素的摩尔比低于成核阈值。在一些情况下，形成包含第一元素和第二元素的多个纳米晶体，其中多个纳米晶体的平均最大截面尺寸为约2nm或更大，其相对标准偏差为约10％或更小。在一些情况下，多个纳米晶体能够吸收波长为至少约700nm的电磁辐射。当结合附图考虑时，本专利技术的其他优点和新特征将由本专利技术的多个非限制性实施方案的以下详细描述变得明显。在本说明书和通过引用并入的文献包含冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应以本说明书为准。如果通过引用并入的两个或更多个文献包含彼此冲突和/或不一致的公开内容，则应以生效日期较晚的文献为准。附图说明将参照附图通过实施例来描述本专利技术的非限制性实施方案，附图是示意性的且不旨在按比例绘制。在附图中，示出的各个相同或几乎相同的部件通常由一个标记表示。为清楚起见，未在每幅图中标记每个部件，在不必示出以使本领域普通技术人员理解本专利技术的情况下，也未示出本专利技术的各个实施方案的每个部件。在这些图中：图1示出根据一些实施方案的IR光电探测器的截面示意图；图2示出根据一些实施方案的IR上转换装置的截面示意图；图3示出根据一些实施方案的IR太阳能电池的截面示意图；图4示出根据一些实施方案，在摩尔Pb:S比为2:1至8:1的初始注入之后形成的PbS纳米晶体的吸收光谱；图5A示出根据一些实施方案，在一次、两次、三次和四次注入之后PbS纳米晶体的吸收光谱；图5B示出根据一些实施方案，峰值吸收波长作为纳米晶体体积和二(三甲基甲硅烷基)硫醚[((CH3)3Si)2S](有时称为“TMS”)注入数的函数的图；图6A示出根据一些实施方案，在四氯乙烯中不同尺寸的PbS纳米晶体的吸收光谱；图6B示出根据一些实施方案，峰值吸收波长作为纳米晶体体积和二(三甲基甲硅烷基)硫醚(“TMS”)注入数的函数的图；图7示出根据一些实施方案，在三个不同批次中合成的PbS纳米晶体的吸收光谱；图8A示出根据一些实施方案，峰值吸收为1950nm的PbS纳米晶体的吸收光谱；图8B示出根据一些实施方案，在黑暗中并且在1950nm的IR照射下包含单分散IR吸收纳米颗粒的IR光电探测器的电流密度(mA/cm2)作为电压(V)的函数的图；图9示出根据一些实施方案，比较具有不同吸收峰的PbS纳米晶体的体积的示意图；图10示出根据一些实施方案，在对以4:1的油酸与铅摩尔比合成的PbS纳米晶体的第一注入之后吸收峰(nm)作为生长时间(s)的函数的图；图11示出根据一些实施方案，在多次注入NC合成方法中成核和生长阶段的示意图；图12示出根据一些实施方案，在1至9次二(三甲基甲硅烷基)硫醚注入之后PbS纳米晶体的吸收光谱；图13示出根据一些实施方案，NC体积(归一化为第1注入之后的NC体积)作为二(三甲基甲硅烷基)硫醚(“TMS”)注入体积的函数的图；图14示出根据一些实施方案，在四氯乙烯(TCE)中不同尺寸的PbSNC的吸收光谱；图15示出根据一些实施方案，分散(％)作为PbSNC尺寸(nm)的函数的图；图16示出根据一些实施方案，峰值吸收为1800nm的PbSNC的吸收光谱和插入的PbSNC的TEM图像；图17示出根据一些实施方案，在黑暗中并且在1800nm的IR照射下PbS光电探测器的电流密度(mA/cm2)作为电压(V)的函数的图和插入的能带图；图18示出根据一些实施方案，在-0.5V和在0V下PbS光电探测器的响应度值(A/W)作为波长(nm)的函数；图19示出根据一些实施方案，PbS光电探测器和InGaAs二极管的探测度值(Jones)作为波长(nm)的函数；图20示出根据一些实施方案，三种不同尺寸的PbSNC的吸收光谱；图21A示出根据一些实施方案，包含不同尺寸的PbSNC的混合物(装置1&2)或单分散PbSNC(装置3)的3种光电探测器响应度值(A/W)作为波长(nm)的函数；图21B示出根据一些实施方案，装置1、2和3的探测度值(Jones)作为波长(nm)的函数；图22示出根据一些实施方案，PbS光电探测器的光电流作为时间(μs)的函数的图；图23示出根据一些实施方案，在-1V下测量的PbS光电探测器的线性动态范围；以及图24示出根据一些实施方案，通过在环境实验室条件下在空气中不密封储存三个月的PbS光电探测器的归一化性能。具体实施方式本文所述实施方案一般地涉及能够吸收红外(IR)辐射并产生电荷载流子(例如，电子、空穴)的单分散纳米颗粒。在一些情况下，至少部分所述纳米颗粒为纳米晶体。在某些实施方案中，单分散IR吸收纳米晶体根据包括纳米晶体形成步骤的方法而形成，所述纳米晶体形成步骤包括将包含纳米晶体的第一元素的第一前体溶液添加至包含纳米晶体的第二元素的第二前体溶液以形成第一混合前体溶液，其中第一混合前体溶液中第一元素与第二元素的摩尔比高于成核阈值。所述方法还可包括纳米晶体生长步骤，其包括将第一前体溶液添加至第一混合前体溶液以形成第二混合前体溶液，其中第二混合前体溶液中第一元素与第二元素的摩尔比低于成核阈值。根据一些实施方案，纳米晶体的层可包括在诸如IR光电探测器、IR-至-可见光上转换装置、和/或IR太阳能电池的装置中。已经认识到，在一些情况下，可能有利的是装置包含相对大的纳米颗粒(例如，最大截面尺寸为约2nm或更大的纳米颗粒)。在某些情况下，纳米颗粒的吸收特性与尺寸相关。例如，一些纳米颗粒(如，半导体纳米颗粒)包含价带(例如，最高占据能级)和导带(例如，最低未占据能级)，而价带和导带之间存在带隙。在某些条件下，具有大于带隙的能量的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：包含多个纳米晶体的层，其中所述多个纳米晶体的平均最大截面尺寸为约2nm或更大，其相对标准偏差为约10％或更小，其中所述多个纳米晶体能够吸收波长为至少约700nm的电磁辐射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.11 US 62/174,0151.一种装置，包括：包含多个纳米晶体的层，其中所述多个纳米晶体的平均最大截面尺寸为约2nm或更大，其相对标准偏差为约10％或更小，其中所述多个纳米晶体能够吸收波长为至少约700nm的电磁辐射。2.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中至少部分所述多个纳米晶体为量子点。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中至少部分所述多个纳米晶体包含PbS和/或PbSe。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中基本上所有的所述纳米晶体包含PbS和/或PbSe。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述相对标准偏差为约5％或更小。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述相对标准偏差为约1％或更小。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述相对标准偏差为约1％至约10％。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述平均最大截面尺寸为约10nm或更大。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述平均最大截面尺寸为约20nm或更大。10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述平均最大截面尺寸为约2nm至20nm。11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述多个纳米晶体能够吸收波长为至少约1微米的电磁辐射。12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述多个纳米晶体能够吸收波长为至少约2微米的电磁辐射。13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述多个纳米晶体能够吸收波长为至少约3.5微米的电磁辐射。14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述多个纳米晶体能够吸收波长为约700nm至约3.5微米的电磁辐射。15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述多个纳米晶体具有FWHM为约400nm或更小的吸收峰。16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述多个纳米晶体具有FWHM为约100nm或更小的吸收峰。17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述多个纳米晶体具有FWHM为约10nm至约400nm的吸收峰。18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置为IR光电探测器。19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括空穴阻挡层。20.根据权利要求19所述的装置，其中所述空穴阻挡层包含有机材料。21.根据权利要求20所述的装置，其中所述空穴阻挡层包含BCP、UGH2、BPhen、Alq3、mCP、C60、和/或3TPYMB。22.根据权利要求19所述的装置，其中所述空穴阻挡层包含无机材料。23.根据权利要求22所述的装置，其中所述无机材料包含ZnO、TiO2、SiO、SiO2、Si3N4、和/或Al2O3。24.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括电子阻挡层。25.根据权利要求24所述的装置，其中所述电子阻挡层包含TAPC、NPB、TPD、TPB、聚-TPD、PS-TPD-PFCB、NiO、和/或CuO。26.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置为IR-至-可见光上转换装置。27.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括OLED。28.根据权利要求27所述的装置，其中所述OLED包括发光层、空穴传输层、和电子传输层。29.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置为IR太阳能电池。30.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括空穴提取层。31.根据权利要求30所述的装置，其中所述空穴提取层包含n型材料。32.根据权利要求31所述的装置，其中所述空穴提取层包含MoO3、V2O5、和/或WO3。33.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括电子提取层。34.根据权利要求33所述的装置，其中所述电子提取层包含TiO2、ZnO、LiF、LiCoO2、CsF、Cs2CO3、Nb2O5、CNT、ZTO、和/或PEO。35.一种形成多个纳米晶体的方法，包括：将第一量的第一溶液添加至第二溶液以形成第一混合溶液，其中所述第一溶液包含第一元素而所述第二溶液包含第二元素，其中所述第一混合溶液中所述第一元素与所述第二元素的摩尔比高于成核阈值；将第二量的所述第一溶液添加至所述第一混合溶液以形成第二混合溶液，其中所述第二混合溶液中所述第一元素与所述第二元素的摩尔比低于所述成核阈值，由此形成包含所述第一元素和所述第二元素的多个纳米晶体，其中所述多个纳米晶体的平均最大截面尺寸为约2nm或更大，其相对标准偏差为约10％或更小，其中所述多个纳米晶体能够吸收波长为至少约700nm的电磁辐射。36.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一混合溶液的所述第一元素与所述第二元素的摩尔比为至少约1:20。37.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一混合溶液的所述第一元素与所述第二元素的摩尔比为约1:20至约1:1。38.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二混合溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰基·索，金渡泳，李在雄，布哈本德拉·K·普拉丹，
申请(专利权)人：佛罗里达大学研究基金会有限公司，纳米控股有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US