北科大《CEJ》：锰掺杂，提高近红外光电探测性能！

CuInSe₂（CISe）胶体量子点（QDs）具有消光系数高、环境友好等优点，在近红外（NIR）区域的光探测中有着广阔的应用前景。然而，由于三元结构导致的陷阱密度高和晶体质量差，导致CISe量子点器件的光探测能力较低。

为此，来自北京科技大学等单位的研究人员在CISe量子点中掺杂过渡金属锰离子（Mn²⁺）来解决上述问题。结构表征结果表明，在量子点的合成过程中，Mn²⁺的掺杂提高了CISe量子点的晶体质量。相关论文以“Manganese doped eco-friendly CuInSe2 colloidal quantum dotsfor boosting near-infrared photodetection performance”为题发表在Chemical Engineering Journal期刊上。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126452

总的来说，研究人员将Mn²⁺离子引入CISe量子点晶格中，改善了量子点的晶体质量和电子俘获，同时促进了长寿命Cux态的电荷布居，从而提高了量子点的载流子寿命。通过掺杂Mn²⁺可以调节VBM和CBM的位置，增强了载流子转移到受体的驱动力。基于0.01Mn-CISe量子点的光电探测器在近红外区的响应率为30ma/W，探测效率为4.2×10¹²jones，具有良好的宽带响应（300nm-1100nm）、高灵敏度和较大的线性动态范围。这与最先进的传统有毒量子点探测器的性能相当。（文：爱新觉罗星）

图1。不同锰离子浓度的CISe量子点的形貌和结构表征。（a）X射线衍射图，（b）测量扫描XPS光谱和（c）Cu-2p XPS光谱，（d）In-3d XPS光谱，（e）Se-3d-XPS谱和（f）Mn-2p-XPS谱。（g）CISe量子点和（h）0.01Mn-CISe量子点的STEM图像，插图显示了该区域量子点的尺寸分布。

图2。TA光谱（a）不同Mn²⁺浓度的CISe量子点和Mn-CISe量子点（b）分别为0.01、（c）0.02和（d）0.05。（e）量子点的吸收光谱（实线）和发射光谱（虚线）。（f）主基态（GSB）的TA动力学，说明了Mn-CISe量子点激发态的去布居。（g）Mn掺杂和未掺杂CISQDs中的载流子复合途径。

图3。纯电子器件的电流密度-电压特性：（a）CISe QDs和（b）0.01mn CISe QDs。（c） CISe量子点和Mn-CISe量子点的UPS光谱。嵌入是量子点的费米边。（d） ITO，PEDOT的能级示意图：PSS，CISe QDs，0.01Mn-CISe QDs，PCBM和Ag。

图4。（a）光电探测器示意图和具有Mn-CISe量子点层的器件的横截面SEM图像。（b）J-V曲线，（c）EQE曲线，（d）比探测率和（e）CISe量子点和Mn-CISe量子点探测器的瞬态光电流。（f）CISe量子点和（g）0.01Mn-CISe量子点器件在不同功率密度下的时变响应，（h）光电流密度与光强的关系。（i）信噪比和（j）LDR结果基于CISe量子点和0.01Mn-CISe量子点的光电探测器。