Si quantum dot (QD) imbedded in a $SiO_2$ matrix is a promising material for the next generation optoelectronic devices, such as solar cells and light emission diodes (LEDs). However, low conductivity of the Si quantum dot layer is a great hindrance for the performance of the Si QD-based optoelectronic devices. The effective doping of the Si QDs by semiconducting elements is one of the most important factors for the improvement of conductivity. High dielectric constant of the matrix material $SiO_2$ is an additional source of the low conductivity. Active doping of B was observed in nanometer silicon layers confined in $SiO_2$ layers by secondary ion mass spectrometry (SIMS) depth profiling analysis and confirmed by Hall effect measurements. The uniformly distributed boron atoms in the B-doped silicon layers of $[SiO_2(8nm)/B-doped\;Si(10nm)]_5$ films turned out to be segregated into the $Si/SiO_2$ interfaces and the Si bulk, forming a distinct bimodal distribution by annealing at high temperature. B atoms in the Si layers were found to preferentially substitute inactive three-fold Si atoms in the grain boundaries and then substitute the four-fold Si atoms to achieve electrically active doping. As a result, active doping of B is initiated at high doping concentrations above $1.1{\times}10^{20}atoms/cm^3$ and high active doping of $3{\times}10^{20}atoms/cm^3$ could be achieved. The active doping in ultra-thin Si layers were implemented to silicon quantum dots (QDs) to realize a Si QD solar cell. A high energy conversion efficiency of 13.4% was realized from a p-type Si QD solar cell with B concentration of $4{\times}1^{20}atoms/cm^3$. We will present the diffusion behaviors of the various dopants in silicon nanostructures and the performance of the Si quantum dot solar cell with the optimized structures.
This paper presents the simulation and design of an all-optical subtractor using a quantum-dot semiconductor optical amplifier Mach-Zehnder interferometer (QD-SOA MZI) structure consisting of two cascaded switches, the first of which produces the differential bit. Then the second switch produces the borrow bit by using the output of the first switch and the subtrahend data stream. Simulation results were obtained by solving the rate equations of the QD-SOA. The effects of QD-SOA length, peak power and current density have been investigated. The designed gate can operate at speeds of over 250 Gb/s. The simulation results demonstrate a high extinction ratio and a clear and wide-opening eye diagram.
Over the last two decades, quantum dot (QD) solar cells have attracted much attention due to the unique properties of QDs, including band gap tunability, slow hot electron cooling, and multiple exiton generation effect. However, most of the QDs employed in photovoltaic devices contain toxic heavy-metals such as cadmium or lead, which may limit the commercial application. Therefore, recently, heavy-metal-free QDs such as Cu-In-S or Cu-In-Se have been developed for application in solar cells. Here, we review the research trends in heavy-metal-free QD solar cells, mainly focusing on Cu-In-Se QD-sensitized solar cells (QDSC).
In this study, quantum dot-sensitized solar cells (QDSSC) using CdSe/ZnS quantum dots (QD) of various sizes with green, yellow, and red colors are developed. Quantum dots, depending their different sizes, have advantages of absorbing light of various wavelengths. This absorption of light of various wavelengths increases the photocurrent production of solar cells. The absorption and emission peaks and excellent photochemical properties of the synthesized quantum dots are confirmed through UV-visible and photoluminescence (PL) analysis. In TEM analysis, the average sizes of individual green, yellow, and red quantum dots are shown to be 5 nm, 6 nm, and 8 nm. The J-V curves of QDSSC for one type of QD show a current density of 1.7 mA/㎠ and an open-circuit voltage of 0.49 V, while QDSSC using three type of QDs shows improved electrical characteristics of 5.52 mA/㎠ and 0.52 V. As a result, the photoelectric conversion efficiency of QDSSC using one type of QD is as low as 0.53 %, but QDSSC using three type of QDs has a measured efficiency of 1.4 %.
Park, Dasom;Lee, Wonseok;Jang, Jinwoong;Yim, Sanggyu
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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pp.420.1-420.1
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2016
Colloidal quantum dot (CQD) is emerging as a promising active material for next-generation solar cell applications because of its inexpensive and solution-processable characteristics as well as unique properties such as a tunable band-gap due to the quantum-size effect and multiple exciton generation. However, the most widely used spin-coating method for the formation of the quantum dot (QD) active layers is generally hard to be adopted for high productivity and large-area process. Instead, the spray-coating technique may potentially be utilized for high-throughput production of the CQD solar cells (CQDSCs) because it can be adapted to continuous process and large-area deposition on various substrates although the cell efficiency is still lower than that of the devices fabricated with spin-coating method. In this work, we observed that the subsequent treatment of two different ligands, halide ion and butanedithiol, on the lead sulfide (PbS) QD layer significantly enhanced the cell efficiency of the spray CQDSCs. The maximum power conversion efficiency was 5.3%, comparable to that of the spin-coating CQDSCs.
Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and polymerase chain reaction (PCR), widely used for the detection of plant viruses, are not easily performed, resulting in a demand for an innovative and more efficient diagnostic method. This paper summarizes the characteristics and research trends of biosensors focusing on the physicochemical properties of both interface elements and bioconjugates. In particular, the topological and photophysical properties of quantum dots (QDs) are discussed, along with QD-based biosensors and their practical applications. The QD-based Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) genosensor, most widely used in the biomolecule detection fields, and QD-based nanosensor for Rev-RRE interaction assay are presented as examples. In recent years, QD-based biosensors have emerged as a new class of sensor and are expected to open opportunities in plant virus detection, but as yet there have been very few practical applications (Table 3). In this article, the details of those cases and their significance for the future of plant virus detection will be discussed.
Quantum dots(QDs) with their tunable luminescence properties are uniquely suited for use as lumophores in light emitting device. We investigate the microstructural effect on the electroluminescence(EL). Here we report the use of inorganic semiconductors as robust charge transport layers, and demonstrate devices with light emission. We chose mechanically smooth and compositionally amorphous films to prevent electrical shorts. We grew semiconducting oxide films with low free-carrier concentrations to minimize quenching of the QD EL. The hole transport layer(HTL) and electron transport layer(ETL) were chosen to have carrier concentrations and energy-band offsets similar to the QDs so that electron and hole injection into the QD layer was balanced. For the ETL and the HTL, we selected a 40-nm-thick $ZnSnO_x$ with a resistivity of $10{\Omega}{\cdot}cm$, which show bright and uniform emission at a 10 V applied bias. Light emitting uniformity was improved by reducing the rpm of QD spin coating.At a QD concentration of 15.0 mg/mL, we observed bright and uniform electroluminescence at a 12 V applied bias. The significant decrease in QD luminescence can be attributed to the non-uniform QD layers. This suggests that we should control the interface between QD layers and charge transport layers to improve the electroluminescence.
The quantum dots (QD) have unique electrical and optical properties due to quantum dot confinement effect. The optical properties of QDs are decided by various synthesis conditions. In a prior QDs study, a study on the QDs size with synthesis condition such as synthesis time and temperature is being extensively researched. However, the research on QDs size with composition ratio has hitherto received scant attention. In order to evaluate the ratio dependence of CdSe crystal, synthesis ratio of Se precursor is changed from 16.7 mol%Se to 44 mol%Se. As the increasing Se ratio, the band gap was increased. This is caused by red shift of emission. We confirmed optical property of CdSe QDs with composition ratio.
Instead of a highly toxic CdSe and ZnScore-shell,InP/ZnSecore-shell quantum dots [1,2] were investigated as an active material for quantum dot light emitting diode (QD-LED). In this paper, aquantum dot light-emitting diode (QDLED), consisting of a InP/ZnS core-shell type materials, with the device structure of glass/indium-tin-oxide (ITO)/PEDOT:PSS/Poly-TPD/InP-ZnS core-shell quantum dot/Cesium carbonate(CsCO3)/Al was fabricated through a simple spin coating technique. The resulting InP/ZnS core-shell QDs, emitting near blue green wavelength, were more efficient than the above CdSe QDs, and their luminescent properties were comparable to those of CdSe QDs.Thebrightness ofInP/ZnS QDLED was maximumof 179cd/m2.
A transparent quantum dot (QD)-based light-emitting diode (LED) with silver nanowire (Ag NW) and indium-tin oxide (ITO) hybrid electrode is demonstrated. The device consists of an Ag NW-ITO hybrid cathode (-), zinc oxide, poly (9-vinylcarbazole) (PVK), CdSe/CdZnS QD, tungsten trioxide, and ITO anode (+). The device shows pure green-color emission peaking at 548 nm, with a narrow spectral half width of 43 nm. Devices with hybrid cathodes show better performances, including higher luminance with higher current density, and lower threshold voltage of 5 V, compared with the reference device with a pure Ag NW cathode. It is worth noting that our transparent device with hybrid cathode exhibits a lifetime 9,300 seconds longer than that of a device with Ag NW cathode. This is the reason that the ITO overlayer can protect against oxidization of Ag NW, and the Ag NW underlayer can reduce the junction resistance and spread the current efficiently. The hybrid cathode for our transparent QD LED can applicable to other quantum structure-based optical devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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