Photoluminescence Decay of Colloidal Quantum Dots: Reversible Trapping and the Nature of the Relevant Trap States

Abstract

Interfaces are crucial factors in shaping the properties of colloidal quantum dots (QDs), in particular the size-dependent optical properties that are a hallmark of these materials. However, the role played by the interfaces associated with QDs on the kinetics of photoluminescence (PL) decay of these nanocrystals is not fully understood even for the most extensively investigated II–VI QDs. In particular, interfaces are a hotbed of trapping sites over which control is essential for the efficient performance of QD-based devices because traps condition PL lifetimes and may be related to PL intermittency. In this work, we analyze the room-temperature PL decay of drop-cast films of CdSe/ZnS QDs varying a number of factors (casting solvent, capping ligands, core/shell interface character). We show how the use of a function that accounts for reversible trapping of photogenerated charge carriers with physically meaningful parameters (time constant, trapping and detrapping rate constants, and average number of traps per QD) can provide valuable information concerning the relevant interfaces, and therefore the nature of the trap states, involved in the recombination of those charge carriers. This approach should be applicable to QDs of a variety of compositions as well as materials beyond inorganic semiconductors.

Кинетика Сенсибилизированной Люминесценции Как Инструмент Для Идентификации Безызлучательного Переноса Энергии

“…Отметим, что процесс сенсибилизированной люминесценции в некоторых чертах похож на процесс замедленной люминесценции (delay luminescence), в котором триплетные состояния молекул играют роль доноров энергии возбуждения для синглетных состояний. Как отмечается в работе [37], замедленная люминесценция наблюдается в QD при обратимом захвате носителей заряда ловушками [38,39]. Уравнения, описывающие кинетику затухания люминесценции QD в этом случае, были представлены в работах [38,39] и использовались для анализа кинетики люминесценции коллоидных CdSe/ZnS QD и гибридных наноструктур InP/InAsP/InP [16].…”

Роль Модельных Представлений В Описании Кинетики Люминесценции Гибридных Нитевидных Нанокристаллов

“…В этом случае вклад КЯ в люминесценцию НВ на кинетике люминесценции НВ практически не отразится. Для объяснения значения τ QW = 100 ns, полученного с помощью модели (3), можно предположить существование долгоживущих метастабильных состояний, которые описаны, например, в работах [13,30,31]. Такие состояния заметно не проявляются на начальных стадиях кинетики люминесценции КЯ, но начинают играть роль в аппроксимации " хвостов" кинетического распределения.…”

“…Однако отсутствие устойчивого формализма часто приводит к неоднозначности в трактовке экспериментальных результатов. В этом случае принципиальное значение приобретает качество обработки экспериментальных зависимостей кинетики люминесценции [13][14][15][16][17]. Целью исследования настоящей работы являлось изучение кинетики фотолюминесценции (ФЛ) гибридной полупроводниковой наноструктуры, представляющей собой массив ННК InP/InAsP/InP, сформированных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложке Si(III), путём аппроксимации экспериментальных кинетических зависимостей несколькими математическими моделями.…”

Фотодинамика люминесценции гибридных наноструктур InP/InAsP/InP ННК, пассивированных слоем ТОРО-CdSe/ZnS КТ

“…Распределение ловушек вблизи излучающих центров подчиняется распределению Пуассона, в то же время можно говорить о среднем числе ловушек на излучающий центр. Модель, использующая обратный перенос в пассивированных структурах, подробно рассмотрена в работе [31] и применительно к нашему случаю (для описания распадов ФЛ в НВ), может быть представлена в виде двухуровневой системы, включающей "…”

“…Захваченный электрон (или дырка) может быть перенесен в ННК со средней константой скорости k 2 (k 1 > k 2 ). В этих предположениях функция, описывающая затухание люминесценции по контактному механизму с учетом обратного переноса, запишется в виде [31]:…”