[发明专利]单分散IR吸收纳米颗粒以及相关方法和装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明的其他优点和新特征将由本发明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发明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发明的情况下，也未示出本发明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；