Nanoparticle surface design for device fabrication of low-toxic quantum dots

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多色化に向けた3元素系化合物量子ドットの作成：QDの発光色は粒径を変化させれば可能である。11-13-16族半導体の場合、元素の種類を変えるとバンドギャップが変化することできるので、AgInS2-AgGaS2、AgInS2-CuInS2などの固溶体QDを合成し組成を変化させることによる連続した発光色の変化を調査したところ、実際に可能であることを見出した。3成分化合物QDのマトリクスの工夫：QD表面を起点としてマトリクス材料がソフトに成長するための表面デザインとマトリクス材料の選択を行った。ゾル－ゲル法を中心に、無機と有機のハイブリッド材料としてはMOFを含む配位高分子(CP)から幅広く選別し、具体的にマトリクスとして機能する材料を見出した。光学固体デバイスの構築：合成した直後のコロイド状QDは、表面に有機分子リガンドが吸着している。これを基板等に塗布したQD膜の場合、リガンドの長さが短かければ外部から電子や正孔を注入できるが、それらはQD間を移動できてしまうため、濃度消光を引き起こしてしまった。リガンドを長くすれば濃度消光は抑えられるが、外部からの電子や正孔の注入がしにくくなるというトレードオフの関係にあることがわかった。Ⅱの手法でQDよりもバンドギャップの広いマトリクスでQDを固体素子化ができれば、マトリクスとQD間での整流性によって濃度消光を抑制しつつ、外部からの電子と正孔の注入が可能となった。これを作り上げることによって、輝度および効率の高いEL素子が作製できることを明らかとした。