[发明专利]多异质结纳米颗粒、其制备方法以及包含该纳米颗粒的制品

说明书

背景技术

本发明涉及双异质结纳米颗粒，其制备方法以及包含该纳米颗粒的制品。

半导体纳米晶体的一个优势在于其潜在地能够用于改善光电器件的效率。球形纳米晶体异质结构，有时也称作芯-壳量子点，被广泛用于量子点发光二极管(LED)。在这些主要由I型(跨立型)能带偏移构成的芯-壳异质结构中，异质结仅起到钝化层的作用，从而改善光致发光效率。由于其独特的光学和电子性质，半导体纳米晶体在各光电应用领域已受到人们的广泛关注，这些应用领域包括光伏(PV)、LED、固态照明和显示器。这些小晶体具有一个或多个维度，长度为几纳米，使得能够调节其电子带隙。带隙和电子能级的变化使人们能够控制所观察到的半导体的光学和电学性质。

此外，当两种或更多种半导体材料放在一起时，人们可以根据其相关的能带偏移和能带排列预期新的、改进的光学和电子性质。在不同半导体的界面处形成的异质结会有助于引导电子和空穴，并且能够做为各种器件（包括PV、LED和晶体管）的活性组件。通过选择不同的材料用于芯和壳，可改变谱带边缘位置。但是，对于材料的某些组合而言，有效的带隙和能带偏移会很大，可能会阻碍载流子注入过程。因此，人们希望能够制备具有多个异质结的半导体纳米颗粒。具有多个异质结的颗粒能够在不同界面处通过使超过两种半导体材料选择性地彼此接触来调节带隙和能带偏移。

多个异质结的优点包括通过中心“芯”的表面钝化(即通过形成具有I型和II型能带偏移的组合的多个异质结)促进载流子注入和/或封闭，同时提供改进的光致发光产率。除了表面钝化优点（相当于I型芯/壳）之外，多个异质结有助于为一种类型的载流子实现了良好的势垒(barrier)，同时能够促进其他载流子类型注入。

发明内容

本发明公开了一种半导体纳米颗粒，其包括：具有第一端部和第二端部的一维半导体纳米颗粒、与所述第一端部或所述第二端部中的一个端部接触的第一端盖、以及与所述第一端盖接触的第二端盖；其中所述第一端盖包含第一半导体，并且所述第一端盖从所述一维纳米颗粒延伸，形成了第一纳米晶体异质结；其中所述第二端盖包含第二半导体，并且所述第二端盖从所述第一端盖延伸，形成了第二纳米晶体异质结；其中所述第一半导体不同于所述第二半导体。

本发明还公开了一种方法，该方法包括使半导体的第一前体与半导体的第二前体反应以形成一维纳米颗粒；使半导体的第三前体与所述一维纳米颗粒反应以形成第一端盖，所述第一端盖与所述一维纳米颗粒相接触以形成第一异质结；以及，使其上设置有所述第一端盖的一维纳米颗粒与半导体的第四前体和/或第五前体反应以形成第二端盖；其中，所述第二端盖与所述第一端盖接触，形成了第二异质结。

本发明还公开了一种制品，该制品包括第一电极、第二电极，以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的包含半导体纳米颗粒的层；其中，所述层包括具有第一端部和第二端部的一维半导体纳米颗粒、与所述第一端部或所述第二端部中的至少一个端部接触的第一端盖、以及与所述第一端盖接触的第二端盖；其中所述第一端盖包含半导体，并且所述第一端盖从所述一维纳米颗粒延伸，形成了第一纳米晶体异质结；其中所述第二端盖包含半导体，并且所述第二端盖从所述第一端盖延伸，形成了第二纳米晶体异质结。

附图说明

图1(A)显示了本发明所述的钝化的纳米晶体半导体纳米颗粒；

图1(B)显示了本发明所述的钝化的纳米晶体半导体纳米颗粒的另一个视图；

图2显示了如何通过改变纳米颗粒的组成来改变（即空间调制）带隙。在图2中，纳米颗粒包括硫化镉(CdS)一维纳米颗粒；其中所述第一端盖为硒化镉(CdSe)，第二端盖为硒化锌(ZnSe)；

图3也显示了如何通过改变纳米颗粒的组成来改变（即空间调制）带隙。在图3中，所述一维纳米颗粒包含硫化镉，所述第一端盖包含碲化镉，所述第二端盖包含硒化锌；

图4是一种示例性电致发光(EL)器件的示意图；

图5(A)是显示芯-壳(CdSe/ZnS)量子点的EL光谱的图；

图5(B)是显示本发明所述的纳米颗粒(CdS纳米棒，其被包含CdSe的第一端盖和包含ZnSe的第二端盖钝化)的EL光谱的图；以及

图6是显示量子点和本发明纳米颗粒的积分EL-电压图。

发明详述