[发明专利]PbS量子点敏化TiO2

说明书

本发明属于原位电化学光谱测试技术领域，公开了一种PbS量子点敏化TiOsubgt;2/subgt;薄膜电极、制备方法及测试系统，PbS量子点敏化TiOsubgt;2/subgt;薄膜电极为局域表面等离激元增强的PbS量子点敏化TiOsubgt;2/subgt;半导体薄膜电极，PbS量子点敏化TiOsubgt;2/subgt;薄膜电极包括在导电玻璃上依序层叠排列的宽禁带半导体层、金属纳米颗粒、宽禁带半导体层以及单层量子点。本发明的测试方法利用局域表面等离激元的增强电磁场，提高其周围量子点对光的吸收效率、增加量子点产生的电子空穴对的数量，实现了光致发光强度和光电流密度的增强。本发明的测试方法通过控制薄膜电极的电化学电势，可以同步控制量子点光生电子空穴对的复合与分离，进而调控光致发光强度和光电流密度。

技术领域

本发明属于原位电化学光谱测试技术领域，尤其涉及一种PbS量子点敏化TiO₂薄膜电极、制备方法及测试系统。

背景技术

目前，硫化铅(PbS)由于禁带宽度窄(体材料约为0.41eV)、激子玻尔半径(18nm)大，使PbS具有比其它半导体材料更强的量子限域效应，即可以在较大的尺寸范围内调节PbS量子点的禁带宽度和吸收带边，使其从近红外到可见光区均具有良好的光学响应。此外，PbS量子点具有多激子效应，即吸收一个高能量光子可以产生多个电子-空穴对，因此具有潜在的良好的光电转换性能和光致发光性能。

贵金属如Au、Ag、Cu等纳米颗粒在可见光区表现出很强的宽带光吸收特征，这是由于局域表面等离激元效应。该效应是在外界电磁场的作用下，贵金属纳米颗粒表面附近的自由电子在外界电磁场的驱动下发生周期性振荡，在贵金属纳米颗粒周围几个纳米范围内产生一种局域的电磁振动模式。以金属纳米颗粒和入射光为例，金属纳米颗粒与入射光场之间发生强烈的相互作用，并将光局域在金属纳米颗粒周围，产生局域电磁场增强效应。当贵金属与半导体量子点耦合时，由贵金属产生的局域电磁场增强效应会促进半导体带隙跃迁，产生更多的光生电子空穴对，能够有效提高量子点的光致发光效率；通过耦合半导体薄膜作为量子点光生电子注入层，贵金属局域增强电磁场的推动作用，可以加速量子点光生电子空穴对的快速分离，从而改善光电系统的光电转换效率。关于局域表面等离激元增强PbS量子点敏化薄膜光电极光电转换效率的研究有很多，但对于同步调控局域表面等离激元增强的PbS量子点光致发光和光电流的研究却很少，如何利用局域表面等离激元效应增加光电转换效率的同时，通过调控原位电化学电势，来增加量子点光致发光成为一个难点。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中对于同步调控局域表面等离激元增强的PbS量子点光致发光和光电流的相关技术方案尚未见报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种PbS量子点敏化TiO₂薄膜电极、制备方法及测试系统，尤其涉及一种基于局域表面等离激元增强的PbS量子点敏化TiO₂薄膜电极、制备方法及在原位电化学光谱和光电流联用测试中的应用。

本发明是这样实现的，一种PbS量子点敏化TiO₂薄膜电极，PbS量子点敏化TiO₂薄膜电极为局域表面等离激元增强的PbS量子点敏化TiO₂半导体薄膜电极，PbS量子点敏化TiO₂薄膜电极包括在导电玻璃上依序层叠排列的宽禁带半导体层、金属纳米颗粒、宽禁带半导体层以及单层量子点。

本发明的另一目的在于提供一种所述的PbS量子点敏化TiO₂薄膜电极在原位电化学光谱和光电流联用测试中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述的PbS量子点敏化TiO₂薄膜电极的PbS量子点敏化TiO₂薄膜电极原位电化学光谱和光电流联用测试系统。