Development of zinc chalcogenide based shell layers for colloidal quantum wells
Kolloidal kauntum kuyuları için çinko kalkojenit tabanlı kabuk katmanlarının geliştirilmesi
- Tez No: 919165
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF KELEŞTEMUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Kolloidal nanolevhacıklar (NPL'lar), dar ışıma bant aralıkları, baskılanmış Auger birleşimi ve yönlü ışıma gibi benzersiz optik ve elektronik özelliklere sahiptir ve bu özellikler, onları ışık yayan aygıtlar (LED'ler) için ideal adaylar yapmaktadır. LED uygulamaları için araştırılan çeşitli NPL türleri arasında, kadmiyum içeren çekirdek/kabuk yapıları literatürde en çok incelenenlerdir. Ancak, kadmiyum tabanlı kabuklar iki önemli sorunla karşı karşıyadır. Birincisi, toksik olmaları sağlık ve çevre açısından endişe yaratmaktadır. İkincisi ise yarı-tip II bant hizalamasına sahip olmaları, elektron dalga fonksiyonunun tüm NPL hacmi boyunca yayılmasına neden olur. Bu yayılma, uyarılmış parçacıkların birleşme olasılığını ve dolayısıyla LED'lerin genel verimliliğini azaltır. Bu sorunları çözmek için, kolloidal NPL'ler için çinko kalkojenit tabanlı kabuk katmanları geliştirilmesini öneriyoruz. Bu kabuklar, kadmiyum tabanlı muadillerine göre önemli avantajlar sunmaktadır. İlk olarak, 615–630 nm aralığında ışıma yapan CdSe/ZnSe çekirdek/kabuk NPL'leri sentezledik ve %40–50 civarında ışıma verimliliği elde ettik. Ayrıca, CdSe çekirdek NPL'lerinin yatay boyutları ile çekirdek/kabuk yapıların ışıma bant aralıkları arasında önemli bir ilişki belirledik: Daha küçük yatay boyutlara sahip çekirdek yapıları kaplandığında, çekirdek/kabuk NPL'lerinin daha dar ışıma bant aralıklarına yol açmaktadır. Işıma verimliliğini daha da artırmak için, CdSe/ZnSe çekirdek/kabuk NPL'lerine ek bir ZnS kabuk katmanı kapladık. Bu sayede, ışıma verimliliği %80–90'a önemli ölçüde artırılmış CdSe/ZnSe/ZnS çekirdek/çoklu kabuk heteroyapılarını sentezlemiş olduk. Bu yüksek ışıma verimliliğine sahip olan NPL'leri kullanarak, çözelti tabanlı NPL bazlı LED'leri başarıyla ürettik. Bu LED'ler, %3,82 harici kuantum verimi (EQE) ve 6477 cd/m² maksimum parlaklık sergiledi. Bulgularımız, çinko kalkojenit tabanlı kabuk katmanlarının optoelektronik uygulamalarda kadmiyum tabanlı muadillerin yerini alabileceğini göstererek, daha güvenli ve daha verimli ışık yayan teknolojilerin önünü açmaktadır.
Özet (Çeviri)
Colloidal nanoplatelets (NPLs) possess unique optical properties and electronic structures, including narrow emission bandwidths, suppressed Auger recombination, and directional emission, which make them ideal candidates for light-emitting devices (LEDs). Among the various types of NPLs explored for LED applications, cadmium-containing core/shell structures are the most extensively studied in the literature. However, cadmium-based shells face two significant challenges. First, they are toxic, raising health and environmental concerns. Second, they exhibit quasi-type II band alignment, causing the electron wavefunction to delocalize across the entire NPL volume. This delocalization reduces the recombination probability and, consequently, the overall efficiency of the LEDs. To address these issues, we propose developing zinc chalcogenide-based shell layers for colloidal NPLs, offering critical advantages over cadmium-based counterparts. Initially, we synthesized CdSe/ZnSe core/shell NPLs that emit in the 615–630 nm range, achieving an average photoluminescence quantum yield (PLQY) of 40–50%. Furthermore, we identified an important relationship between the lateral dimensions of the CdSe core NPLs and the emission linewidths of the core/shell structures: smaller lateral dimensions of the core result in narrower emission linewidths of the core/shell NPLs. To enhance the PLQY further, we deposited an additional ZnS shell layer onto the CdSe/ZnSe core/shell NPLs. This resulted in CdSe/ZnSe/ZnS core/multi shell heterostructures with a significantly improved PLQY of 80–90%. Using these highly efficient NPLs, we successfully fabricated solution-processed NPL-based LEDs. These LEDs demonstrated an external quantum efficiency (EQE) of 3.82% and a maximum brightness of 6477 cd/m². Our findings demonstrate the potential of zinc chalcogenide-based shell layers to replace cadmium-based counterparts in optoelectronic applications, paving the way for safer and more efficient light-emitting technologies.
Benzer Tezler
- Seçici ftalat tayini için kuantum noktalar içeren rasyometrik akıllı nanohidrojel sensörlerin geliştirilmesi
Development of imprinted fluorescent hydrogels containing quantum dots for phthalate analysis
HÜMA FİLİZ YILDIRIM
- Kalkojenit temelli nanokompozit ince filmlerin üretilmesi ve optoelektronik cihaz uygulaması
Production of chalcogenide based nanocomposite thin films and optoelectronic device application
HÜSEYİN KAAN KAPLAN
Doktora
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERTAN KEMAL AKAY
- İki faz sentez yöntemi kullanılarak kadmiyum ve çinko içeren kalkojenit (İ ve İe) kuantum nokta yapılarının sentezi ve fotofiziksel karakterizasyonu
Photophysical characterization of calcogenite (S and Se) quantum dot structures containing cadmium and zinc using two phase synthesis method
GÜLHAN GÜLEROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CANER ÜNLÜ
- Vanadyum dioksit temelli malzemeler ile çinko iyon batarya katotlarının geliştirilmesi
Development of zinc-ion battery cathodes with vanadium dioxide-based materials
BÜŞRA AYDOĞDU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrokimya ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP YÜKSEL
- Fotodedektör uygulamaları için maskesiz lazer litografi ile desenlenen çinko oksit heteroeklemlerin geliştirilmesi
Development of zinc oxide based heterojunctions patterned with maskless laser lithography for photodetector applications
AYŞE NUR EROĞLU
Doktora
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDAN DEMİRCİ SANKIR