Development of copper and manganese doped ternary colloidal quqntum dot alloys

Abstract

Semiconductor nanocrystals have great interest due to their unique optical properties such as the particle size and the alloy composition dependent spectra, photochemical and colloidal stability. They have wide range of potential applications like solar cells, light emitting diodes (LED) and bioimaging etc. In this thesis, colloidal ternary Cu doped and undoped ZnSxSe1-x nanoalloys were synthesized by modified one pot aqueous approach. TGA and MPA ligands were used as capping agents for the synthesis of ZnSxSe1-x and Cu doped ZnSxSe1-x colloidal nanoalloys. The results showed that capping agents have an significant effect on optical properties of ZnSxSe1-x nanoalloys. Although the TGA capped nanoalloys have well-defined absorption bands rather than MPA capped ones, ZnSxSe1-x nanoalloys with TGA capping agent fluorescence peak was not observed. Therefore, the further study was continued with MPA capped ZnS xSe1-x ternary nanoalloys. Optical spectra demonstrated both absorption and PL spectra were shifted due to the adding of Cu dopant. Absorption peak shifted from 335 nm to 376 nm. Fluoroscence spectra also was redshift from 469 nm to 565 nm. Thus, we can conclude that, colloidal ternary nanoalloys optical properties can be tuned by using chemical doping. On the other hand, the optical and structural properties of binary ZnSe QDs, Mn and Cu doped ZnSe nanocrystals were investigated. We concluded that ZnSe and ZnS xSe1-x nanocrystals can be used to synthesize doped nanocrystals by chemical doping. We demonstrated that optical and structural properties of Cu and Mn doped ZnSe can be tuned by chemical doping.

Yarı iletken nanokristaller, parçacık boyutu ve alaşım bileşimine bağlı spektrum, fotokimyasal ve kolloidal stabilite gibi benzersiz optik özelliklerinden dolayı büyük ilgi görmektedir. Güneş pilleri, ışık yayan diyotlar (LED), biyo görüntüleme vs. gibi çok çeşitli potansiyel uygulamalara sahiptirler. Bu tezde, üçlü kolloidal nano alaşımlar bakır katkılı ve katkısız olarak, tek adımda ve su ortamında sentezlenmiştir. ZnSxSe1-x ve Cu katkılı ZnSxSe1-x kolloidal nano alaşımlar, TGA ve MPA organik ligandları kullanılarak sentezlenmiştir. Sonuçlar göstermektedir ki, farklı organik ligandların kullanılması, sentezlenen ZnSxSe1-x üçlü alaşımların optik özelliklerini etkilemektedir. TGA organic ligandı kullanılarak sentezlenen nano alaşımın soğurma bandı daha belirgin olsa da, emisyon piki gözlenmemiştir. Bu yüzden devam eden çalışmalarda MPA organic ligandı kullanılarak sentezlenen ZnSxSe1-x üçlü nano alaşımı kullanılmıştır. Cu katkısının eklenmesine bağlı olarak, soğurma ve ışıma spektrumlarında kayma gözlenmiştir. Soğurma piki 335 nanometreden 376 nanometreye kayarken , emisyon piki de 469 nanometreden 565 nanometreye kayma göstermiştir. Sonuç olarak, üçlü kolloidal nano alaşımların optik özelliklerinin kimyasal katkılandırma ile değiştirebileceğini söyleyebiliriz. Öte yandan, ikili ZnSe QD, Mn ve Cu katkılı ZnSe nanokristallerinin optik ve yapısal özellikleri incelenmiştir. ZnSe ve ZnSxSe1-x nanokristallerinin, katkılı nanokristalleri kimyasal dopingle sentezlemek için kullanılabileceği sonucuna vardık. Cu ve Mn katkılı ZnSe'nin optik ve yapısal özelliklerinin kimyasal dopingle ayarlanabileceğini gösterdik.