Well-controlled modification of emission kinetics of colloidal semiconductor quantum wells
Kolloidal yarıiletken kuantum kuyuları ışıma kinetiklerinin iyi kontrol edilebilen değişikliği
- Tez No: 691051
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 135
Özet
Kolloidal kuantum kuyuları (KKK'ler), yarıiletken nanokristallerin önemli bir neredeyse-2 boyutlu alt ailesidir. Dikey kalınlıkları boyunca uzanan sadece birkaç tek katmanın benzersiz sıkı kuantum sınırlamaları sayesinde, KKK'ler çok yüksek osilatör gücüne sahiptirler ve bir tarafta onlarca ila yüzlerce nm arasında genişleyen büyük yan boyutlarıyla birlikte soğurma kesitlerini önemli ölçüde artırmaktadırlar. Bu özellikler KKK'leri ışık hasatı uygulamaları için mükemmel adaylar haline getirmektedir. Bu tezde, KKK'lerin üstün ışık toplama kapasitelerinden faydalanmak için, çeşitli melez soğurma sistemlerinde, KKK'lerin fotolüminesans ışıma sürelerinin farklılaştırılması ve kontrolü araştırılmıştır. Özellikle, güçlü soğurabilen KKK'lerden, zayıf soğurucular olan dolaylı bant aralığına sahip yığın yarıiletkenlere (örneğin, yığın silisyum) ışımasız enerji aktarımı önerilmiş ve gösterilmiştir. Bu amaçla, ince ayarlı bir dielektrik ayırıcı (d kalınlığında) ile silisyum yakınında tek katmanlı, tamamen yüzü aşağı dönük bir topluluğa kendiliğinden istiflenen bu KKK'lere ait ışıma kinetiklerinin iyi kontrol edilen modifikasyonları çalışılmış ve gösterilmiştir. Förster rezonans enerji aktarımı (FRET), tam elektromanyetik çözümler kullanarak da modellediğimiz ve açıkladığımız KKK'lerin ışıma kinetiğinde gözlemlenen değişikliklerin altında yatan temel mekanizma olarak bulunmuştur. Bu KKK'lerden yığın silisyuma elde edilen enerji transferinin hızının uzayda d^-1 ile yavaş yavaş ölçeklendiği gösterilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemine (FEM) dayalı hesaplama, bu ters orantılı ilişkinin, KKK katmanındaki elektrik alanının ve KKK'lerde bulunan güçlü düzlem içi dipoller nedeniyle alttaşın delokalizasyonundan kaynaklandığını ortaya koymuştur. Silisyum tabanlı foto-algılama platformlarının eksikliklerini gidermek için, ürettiğimiz bir kavram kanıtı melez cihazda, böyle bir tek katmanlı KKK filmi kullanılarak ışığa duyarlılaştırmanın silisyumda toplanan fotoakımı 3 kata kadar arttırdığını deneysel olarak gösterilmiştir. Bu tezdeki bulguların, optoelektronik uygulamalarda KKK'lerin şaşırtıcı ışık toplama potansiyelinden daha fazla yararlanmaya yardımcı olması beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
Colloidal quantum wells (CQWs) belong to an important quasi-2-dimensional sub-family of semiconductor nanocrystals. Thanks to their uniquely tight quantum confinement of only few monolayers extending across their vertical thickness, CQWs possess giant oscillator strength, substantially increasing their absorption cross-section along with their large lateral size expanded over tens to hundreds of nm's on one side. These together make CQWs excellent candidates for light-harvesting applications. In this thesis, to utilize CQWs' superior light-harvesting capability, we investigated the alteration and control of photoluminescence decay lifetimes of the CQWs in a variety of hybrid absorbing systems. In particular, we proposed and demonstrated the nonradiative energy transfer from strongly-absorbing CQWs to indirect-bandgap bulk semiconductors as weak absorbers, e.g., bulk silicon. To this end, we systematically studied and showed the well-controlled modification of the emission kinetics of these CQWs that are self-assembled into a single-layer all-face-down oriented ensemble in the vicinity of silicon with a fine-tuned dielectric separator (of thickness d). We found the Förster resonance energy transfer (FRET) to be the chief underlying mechanism for the observed modifications in the emission kinetics of the CQWs, which we further modeled and explained using full electromagnetic solutions. We showed that the rate of the resultant energy transfer from these CQWs to the bulk silicon scales slowly with d^-1 in space. Finite element method (FEM) based computation revealed that this inverse relationship is caused by the delocalization of the electric field in the CQW layer and the substrate due to strong in-plane dipoles present in the CQWs. To address the shortcomings of silicon-based photo-detecting platforms, in a proof-of-concept hybrid device we fabricated, we experimentally demonstrated that the photosensitization using such a single-layer CQW-film enhances the photocurrent collected in the silicon by up to 3-folds. The findings in this thesis are expected to help further exploit the amazing light-harvesting potential of CQWs in optoelectronic applications.
Benzer Tezler
- Controlled delivery of chalcone via biopolyester nanohybrid
Biyopoliester nanohibrit ile kalkonun kontrollü salımı
YASEMİN KAPTAN
Doktora
İngilizce
2022
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR
- Poly(Phenylenevinylene)s as sensitizers for visible light induced cationic polymerization
Poli(Fenilen vinilen) türevlerinin görünür bölgede katyonik polimerizasyon için fotobaşlatıcı olarak kullanımı
SEMİH ERDUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- 1,2-polibütadiene fosfit grupları ve türevlerinin UV ışık ile modifikasyonu
Phosphite and their derivative modification of 1,2- polybutadiene with UV light
MERVE CINDIK
- Atıkların yüksek sıcaklıkta sürekli pirolizi için yarı-pilot ölçek yeni bir vidalı reaktör geliştirilmesi
Development of a new semi-pilot scale screw reactor for continuous pyrolysis of wastes at high temperature
ANIL ÜNSAÇ
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
- Effect of split injection on combustion and emissions at full load condition
Tam yükte kademeli yakıt püskürtmenin egzoz emisyonları ve motor performansı üzerine etkisi
SONGÜL ŞENYURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM SORUŞBAY