(57)【要約】  本明細書に記載した実施例は、一般的に、赤外線（ＩＲ）放射線を吸収して、電荷キャリア（例えば、電子、正孔）を吸収できる単分散ナノ粒子に関する。いくつかの場合、ナノ粒子の少なくとも一部がナノクリスタルでる。所定の実施例では、単分散ＩＲ吸収ナノクリスタルが、ナノクリスタル作成ステップを具える方法にしたがって作成される。このステップは、ナノクリスタルの第１の元素を含む第１前駆体溶液を、ナノクリスタルの第２の元素を含む第２前駆体溶液に加えて、第１混合前駆体溶液を作成する。個々で、第１混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比は、核形成スレッシュホールドより高い。この方法はさらに、第１前駆体溶液を第１混合前駆体溶液に加えて第２混合前駆体溶液を作成するナノクリスタル成長ステップを具え、ここで、第２混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比は、核形成スレッシュホールドより低い。いくつかの実施例によると、ナノクリスタルの層は、ＩＲ光検出器、ＩＲ−可視光アップコンバージョンデバイス、およびＩＲ太陽電池などのデバイスに設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のナノクリスタルを含む層を具えるデバイスにおいて、当該複数のナノクリスタルが、相対標準偏差が約１０％又はそれ以下で、平均最大断面寸法が約２ｎｍ又はそれ以上であり、当該複数のナノクリスタルが、波長が少なくとも約７００ｎｍの電磁放射線を吸収できる、ことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記複数のナノクリスタルの少なくとも一部が量子ドットであることを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のデバイスにおいて、前記複数のナノクリスタルの少なくとも一部がＰｂＳ及び／又はＰｂＳｅを含むことを特徴とするデバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、実質的にすべての前記ナノクリスタルがＰｂＳ及び／又はＰｂＳｅを含むことを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記相対的標準偏差が約５％又はそれ以下であることを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記相対的標準偏差が約１％又はそれ以下であることを特徴とするデバイス。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記相対的標準偏差が約１％乃至１０％の範囲にあることを特徴とするデバイス。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記平均最大断面寸法が約１０ｎｍ又はそれ以上であることを特徴とするデバイス。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記平均最大断面寸法が約２０ｎｍ又はそれ以上であることを特徴とするデバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記平均最大断面寸法が約２ｎｍ乃至２０ｎｍの範囲にあることを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記複数のナノクリスタルが、波長が少なくとも約１ミクロンの電磁放射線を吸収できることを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記複数のナノクリスタルが、波長が少なくとも約２ミクロンの電磁放射線を吸収できることを特徴とするデバイス。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記複数のナノクリスタルが、波長が少なくとも約３．５ミクロンの電磁放射線を吸収できることを特徴とするデバイス。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記複数のナノクリスタルが、波長が少なくとも約７００ｎｍ乃至約３．５ミクロンの電磁放射線を吸収できることを特徴とするデバイス。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記複数のナノクリスタルが、ＦＷＨＭが約４００ｎｍ又はそれ以下の吸収ピークを有することを特徴とするデバイス。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記複数のナノクリスタルが、ＦＷＨＭが約１００ｎｍ又はそれ以下の吸収ピークを有することを特徴とするデバイス。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記複数のナノクリスタルが、ＦＷＨＭが約１０ｎｍ乃至４００ｎｍの吸収ピークを有することを特徴とするデバイス。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記デバイスがＩＲ光検出器であることを特徴とするデバイス。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のデバイスがさらに、正孔ブロック層を具えることを特徴とするデバイス。
【請求項２０】
請求項１９に記載のデバイスにおいて、前記正孔ブロック層が有機材料を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２１】
請求項２０に記載のデバイスにおいて、前記正孔ブロック層が、ＢＣＰ、ＵＧＨ２、ＢＰｈｅｎ、Ａｌｑ３、ｍＣＰ、Ｃ６０、及び／又は３ＴＰＹＭＢを具えることを特徴とするデバイス。
【請求項２２】
請求項１９に記載のデバイスにおいて、前記正孔ブロック層が、無機材料を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２３】
請求項２２に記載のデバイスにおいて、前記無機材料が、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、及び／又はＡｌ２Ｏ３を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のデバイスがさらに、電子ブロック層を具えることを特徴とするデバイス。
【請求項２５】
請求項２４に記載のデバイスにおいて、前記電子ブロック層が、ＴＡＰＣ，ＮＰＢ、ＴＰＤ、ＴＰＢ、ポリ−ＴＰＤ−ＰＦＣＢ、ＮｉＯ、及び／又はＣｕＯを含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２６】
請求項１乃至２５のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記デバイスがＩＲ−可視光アップコンバージョンデバイスであることを特徴とするデバイス。
【請求項２７】
請求項１乃至２６のいずれか１項に記載のデバイスがさらに、ＯＬＥＤを含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２８】
請求項２７に記載のデバイスにおいて、前記ＯＥＬＤが発光層、正孔トランスポート層、及び電子トランスポート層を具えることを特徴とするデバイス。
【請求項２９】
請求項１乃至２８のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、前記デバイスがＩＲ太陽電池であることを特徴とするデバイス。
【請求項３０】
請求項１乃至２９のいずれか１項に記載のデバイスがさらに、正孔抽出層を具えることを特徴とするデバイス。
【請求項３１】
請求項３０に記載のデバイスにおいて、前記正孔抽出層がｎ−型材料を具えることを特徴とするデバイス。
【請求項３２】
請求項３１に記載のデバイスにおいて、前記正孔ブロック層が、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、及び／又はＷＯ３を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項３３】
請求項１乃至３２のいずれか１項に記載のデバイスがさらに、電子抽出層を具えることを特徴とするデバイス。
【請求項３４】
請求項３３に記載のデバイスにおいて、前記電子抽出層が、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＬｉＦ、ＬｉＣｏＯ２、ＣｓＦ、Ｃｓ２ＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣＮＴｓ、ＺＴＯ、及び／又はＰＥＯを含むことを特徴とするデバイス。
【請求項３５】
複数のナノクリスタルを作成する方法において：
第１の量の第１溶液を第２溶液に加えて、第１混合溶液を作成するステップであって、第１溶液が第１の元素を具え、第２溶液が第２の元素を具え、前記第１混合溶液中の前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が核形成スレッシュホールドより高い、ステップと；
第２の量の前記第１溶液を前記第１混合溶液に加えて、第２混合溶液を作成するステップであって、前記第２混合溶液中の前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が、核形成スレッシュホールドより高い、ステップと；を具え、
これによって、前記第１の元素と前記第２の元素を含む複数のナノクリスタルを作成し、前記複数のナノクリスタルが、平均最大断面寸法が約２ｎｍ又はそれ以上であり、相対的標準偏差が約１０％又はそれより小さく、前記複数のナノクリスタルが、波長が少なくとも７００ｎｍの電磁放射線を吸収できることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法において、前記第１混合溶液の、前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が少なくとも約１：２０であることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３５又は３６に記載の方法において、前記第１混合溶液の、前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が約１：２０乃至約１：１の範囲にあることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３５乃至３７のいずれか１項に記載の方法において、前記第２混合溶液の、前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が約１：１又はそれより小さいことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３５乃至３８のいずれか１項に記載の方法において、前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が約１：２０乃至約１：１の範囲にあることを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３５乃至３９のいずれか１項に記載の方法において、前記複数のナノクリスタルが、波長が少なくとも約１ミクロンの電磁放射線を吸収できることを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項３５乃至４０のいずれか１項に記載の方法において、前記複数のナノクリスタルが、波長が少なくとも約２ミクロンの電磁放射線を吸収できることを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３５乃至４１のいずれか１項に記載の方法において、前記複数のナノクリスタルが、波長が少なくとも約３．５ミクロンの電磁放射線を吸収できることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項３５乃至４２のいずれか１項に記載の方法において、前記複数のナノクリスタルが、波長約７００ｎｍ乃至約３．５ミクロンの範囲の電磁放射線を吸収できることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項３５乃至４３のいずれか１項に記載の方法において、前記第１の元素が硫黄又はセレンであることを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項３５乃至４４のいずれか１項に記載の方法において、前記第２の元素が鉛又は銀であることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項３５乃至４５のいずれか１項に記載の方法において、前記第１溶液が第１の化合物と第１の溶媒を含むことを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４６に記載の方法において、前記第１の化合物が、ビス（トリメチルシリル）スルフィド、ビス（トリアルキルシリル）スルフィド、元素硫黄、ジアルキル  チオ尿素、チオアセトアミド、ジメチルチオフォルムアミド、アルキルチオール、アルキルジスルフィド、及び／又は硫化水素を含むことを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項３５乃至４７のいずれか１項に記載の方法において、前記第２溶液が第２の化合物と第２の溶媒を含むことを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項４８に記載の方法において、前記第２の化合物が、酸化鉛、酢酸鉛、鉛アセチルアセトナート、窒化鉛、塩化鉛、ヨウ化鉛、臭化鉛、硫化鉛、鉛タンタライト、チタン酸鉛、及び／又はクロム酸鉛であることを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項３５乃至４９のいずれか１項に記載の方法において、前記第１の溶媒及び／又は第２の溶媒が、トリアルキルホスフィン、ｎ−アルキルアミン、トリアルキルアミン、及び／又はオクタデセンを含むことを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項３５乃至５０のいずれか１項に記載の方法において、前記第１混合溶液及び／又は第２混合溶液が、界面活性剤を含むことを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項５１に記載の方法において、前記界面活性剤が、オレイン酸、オレイルアミン、オクチルアミン、オクタデシルアミン、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、グリセロール、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム、セシルトリメチルアンモニウムブロミド、及び／又はジエチルスルホコハク酸、を含むことを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項３５乃至５２のいずれか１項に記載の方法が、さらに、前記第２混合溶液に第３の溶媒を加えて、前記複数のナノクリスタルを端利するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項５３に記載の方法において、前記第３の溶媒が、小さいアルキル鎖アルコール、酢酸エチル、ジメチルフォルムアミド、アセトニトリル、メタノール、エタノール、プロパノール、トルエン、クロロフォルム、及び／又はアセトンを含むことを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項３５乃至５４のいずれか１項に記載の方法がさらに、第３の量の前記第１溶液を前記第２混合溶液に加えて、第３の混合溶液を作成するステップを具え、当該第３の混合溶液中の前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が、核形成スレッシュホールドより低いことを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５５に記載の方法において、前記第３溶液中の前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が、約１：１又はそれ以下であることを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項５５又は５６のいずれか１項に記載の方法において、前記第３溶液中の前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が、約１：２０乃至約１：１の範囲であることを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項５５乃至５７のいずれか１項に記載の方法がさらに、前記第３混合溶液に第４の量の前記第１の容器を加えて、第４混合溶液を作成するステップを具え、当該第４混合溶液中の前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が、核形成スレッシュホールドより低いことを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項５８に記載の方法において、前記第４溶液中の前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が、約１：１又はそれ以下であることを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項５８又は５９のいずれか１項に記載の方法において、前記第４溶液中の前記第１の元素の前記第２の元素に対するモル比が、約１：２０乃至約１：１の範囲であることを特徴とする方法。
【請求項６１】
請求項３５乃至６０のいずれか１項に記載の方法において、前記第１の量の前記第１溶液を前記第２溶液に加えて前記第１混合溶液を作成するステップが、約１８０℃又はそれ以下の温度で行われることを特徴とする方法。
【請求項６２】
請求項３５乃至６１のいずれか１項に記載の方法がさらに、前記第１混合溶液を、約３０分間又はそれ以下の時間、攪拌するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項６３】
請求項３５乃至６２のいずれか１項に記載の方法において、前記第２の量の前記第１溶液を前記第１混合溶液に加えて前記第２混合溶液を作成するステップが、約１８０℃又はそれ以下の温度で行われることを特徴とする方法。
【請求項６４】
請求項３５乃至６３のいずれか１項に記載の方法がさらに、前記第２混合溶液を、約３０分間又はそれ以下の時間、攪拌するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項６５】
請求項３５乃至６４のいずれか１項に記載の方法において、前記複数のナノクリスタルの平均最大断面寸法が約１０ｎｍ又はそれ以上であることを特徴とする方法。
【請求項６６】
請求項３５乃至６５のいずれか１項に記載の方法において、前記複数のナノクリスタルの平均最大断面寸法が約２０ｎｍ又はそれ以上であることを特徴とする方法。
【請求項６７】
請求項３５乃至６６のいずれか１項に記載の方法において、前記複数のナノクリスタルの平均最大断面寸法が約２ｎｍ乃至約２０ｎｍの範囲であることを特徴とする方法。
【請求項６８】
請求項３５乃至６７のいずれか１項に記載の方法において、前記相対的標準偏差が約５％又はそれ以下であることを特徴とする方法。
【請求項６９】
請求項３５乃至６８のいずれか１項に記載の方法において、前記相対的標準偏差が約１％又はそれ以下であることを特徴とする方法。
【請求項７０】
請求項３５乃至６９のいずれか１項に記載の方法において、前記相対的標準偏差が約１％乃至１０％の範囲であることを特徴とする方法。
【請求項７１】
請求項３５乃至７０のいずれか１項に記載の方法において、前記複数のナノクリスタルの少なくとも一部が量子ドットであることを特徴とする方法。
【請求項７２】
請求項３５乃至７１のいずれか１項に記載の方法において、前記複数のナノクリスタルの少なくとも一部が、ＰｂＳ及び／又はＰｂＳｅを含むことを特徴とする方法。
【請求項７３】
請求項３５乃至７２のいずれか１項に記載の方法において、実質的にすべての前記ナノクリスタルがＰｂＳ及び／又はＰｂＳｅを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に単分散ナノ粒子に関するものであり、特に、単分散赤外線吸収ナノ粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＲ光検出器、ＩＲ−可視光アップコンバージョンデバイス、ＩＲ太陽電池などの赤外線（ＩＲ）放射を吸収できるデバイスは、暗視、画像センサ、及び再生可能なエネルギィを含む、広い分野へのその適用可能性により注目が高まってきている。
【０００３】
ある種のナノ粒子は、ＩＲ吸収デバイスのＩＲ吸収材料として有望である。例えば、ＰｂＳナノ粒子は、一般的に、ＩＲスペクトルの少なくとも一部において、良好な光感受性とバンドギャップ同調性を示す。しかしながら、この分野で知られているナノ粒子合成法の制約によって、ＰｂＳナノ粒子は、現在は主に約１μｍ以下の波長の電磁放射の吸収に使用されている。したがって、より長い波長のＩＲスペクトル部分を攻略するには、ナノ粒子合成方法の改善が必要である。
【発明の概要】
【０００４】
本出願は、一般的に単分散ナノ粒子に関するものであり、特に、単分散赤外線吸収ナノ粒子に関する。本出願の主題には、いくつかの場合において、相関する製品、特定の問題に対する代替の解決方法、及び／又は一またはそれ以上のシステム及び／又は製品の複数の異なった使用が含まれる。
【０００５】
一の態様には、デバイスが記載されている。いくつかの実施例では、このデバイスは、複数のナノクリスタルを含む層を具え、この複数のナノクリスタルは、約２ｎｍ又はそれ以上の平均最大断面寸法を有しており、相対標準偏差が約１０％又はそれ以下である。いくつかの実施例では、複数のナノクリスタルが、波長が少なくとも７００ｎｍの電磁放射を吸収できる。
【０００６】
別の態様では、複数のナノクリスタルの形成方法が記載されている。いくつかの実施例では、この方法は、第１の量の第１溶液を第２溶液に加えて、第１混合溶液を形成するステップを具え、この第１溶液は、第１の元素を含み、第２溶液は第２の元素を含み、第１混合溶液中の第１の元素と第２の元素のモル比が、核形成スレッシュホールドより上である。所定の実施例では、この方法はさらに、第２の量の第１溶液を第１混合溶液に加えて、第２混合溶液を形成するステップを具え、第２混合溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比が、核形成スレッシュホールドより下である。いくつかの場合、第１の元素と第２の元素を含む複数のナノクリスタルが形成され、この複数のナノクリスタルが約２ｎｍ又はそれ以上の平均最大断面寸法を有しており、相対標準偏差値が約１０％又はそれ以下である。いくつかの場合、複数のナノクリスタルが少なくとも７００ｎｍの電磁放射を吸収できる。
【０００７】
本発明のその他の利点及び新規な特徴は、添付の図面と共に、以下に述べる本発明の非限定的な様々な実施例の詳細な記載から明らかになるであろう。本明細書と、引用によって組み込まれている文献が、相反する及び／又は食い違った開示を含む場合は、本明細書の記載が優先する。引用によって組み込まれている二またはそれ以上の文献が互いに対して相反する及び／又は食い違った開示を含む場合は、発行日がより遅い文献が優先する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の非限定的な実施例を、添付図面を参照して例示により説明する。図面は、概略的なものであり、縮小して記載することを意図していない。これらの図面において、図に記載した各同一又はほぼ同一の構成要素には、通常同一の符号を付している。明確化のために、各構成要素は各図面においてラベルが付されているわけではなく、当業者が発明を理解するのに図示が不要な場合、本発明の各実施例の各構成要素は示されていないことがある。
【図１】図１は、いくつかの実施例による、ＩＲ光検出器の断面図である。
【図２】図２は、いくつかの実施例による、ＩＲアップコンバージョンデバイスの断面図である。
【図３】図３は、いくつかの実施例による、ＩＲ太陽電池の断面図である。
【図４】図４は、いくつかの実施例による、Ｐｂ：Ｓモル比が２：１乃至８：１の範囲で最初の注入後に形成されたＰｂＳナノクリスタルの吸収スペクトルを示す。
【図５】図５Ａは、いくつかの実施例による、１回、２回、３回、及び４回の注入後のＰｂＳナノクリスタルの吸収スペクトルを示し、図５Ｂは、いくつかの実施例による、ナノクリスタルの量と、ビス（トリメチルシリル）スルフィド［（（ＣＨ３）３Ｓｉ）２Ｓ］（ＴＭＳともいう）の注入回数に対するピーク吸収波長をプロットしたグラフである。
【図６】図６Ａは、いくつかの実施例による、テトラクロロエチレン中のサイズの異なるＰｂＳナノクリスタルの吸収スペクトルを示し、図６Ｂは、いくつかの実施例による、ナノクリスタルの量と、ビス（トリメチルシリル）スルフィド（ＴＭＳ）の注入回数に対するピーク吸収波長をプロットしたグラフである。
【図７】図７は、いくつかの実施例による、３つの異なるバッチで合成したＰｂＳナノクリスタルの吸収スペクトルを示す。
【図８】図８Ａは、いくつかの実施例による、ピーク吸収が１９５０ｎｍのＰｂＳナノクリスタルの吸収スペクトルを示し、図８Ｂは、単分散ＩＲ吸収ナノ粒子を具えるＩＲ光検出器について、暗中でかつ１９５０ｎｍでＩＲを照射した場合の、電圧（Ｖ）に対する電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）をプロットしたグラフである。
【図９】図９は、いくつかの実施例による、吸収ピークが異なるＰｂＳナノクリスタルの量を比較した図である。
【図１０】図１０は、いくつかの実施例による、オレイン酸対鉛のモル比が４：１で合成したＰｂＳナノクリスタルについて、第１回の注入後の成長時間に対する吸収ピークをプロットしたグラフである。
【図１１】図１１は、いくつかの実施例による、頻回注入ＮＣ合成方法における核形成と成長のステージを示す図である。
【図１２】図１２は、１−９ビス（トリメチルシリル）スルフィドの注入後のＰｂＳの吸収スペクトルを示す。
【図１３】図１３は、いくつかの実施例による、ビス（トリメチルシリル）スルフィド（ＴＭＳ）の注入量に対するＮＣ量（第１の注入後にＮＣ量に正規化した）をプロットしたグラフである。
【図１４】図１４は、いくつかの実施例による、テトラクロロエチレン（ＴＣＥ）中のサイズの異なるＰｂＳ  ＮＣｓの吸収スペクトルを示す。
【図１５】図１５は、いくつかの実施例による、ＰｂＳ  ＮＣサイズ（ｎｍ）に対する分散率をプロットしたグラフである。
【図１６】図１６は、いくつかの実施例による、ピーク吸収が１８００ｎｍのＰｂＳ  ＮＣｓの吸収スペクトルを、ＰｂＳ  ＮＣｓのＴＥＭ画像を挿入して示す図である。
【図１７】図１７は、いくつかの実施例による、暗中で１８００ｎｍでＩＲを照射したときの電圧（Ｖ）に対する電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を、ＰｂＳの光検出器のエネルギィバンドを挿入して示すグラフである。
【図１８】図１８は、いくつかの実施例による、−０．５Ｖ及び０ＶにおけるＰｂＳ光検出器について、波長（ｎｍ）に対する応答度（Ａ／Ｗ）を示す。
【図１９】図１９は、いくつかの実施例による、ＰｂＳ光検出器とＩｎＧａＡｓダイオードについての、波長（ｎｍ）に対する検出能（Jones）を示す。
【図２０】図２０は、いくつかの実施例による、サイズが異なる３つのＰｂｓ  ＮＣｓの吸収スペクトルを示す。
【図２１】図２１Ａは、いくつかの実施例による、サイズの異なるＰｂＳ  ＮＣｓ（デバイス１及び２）の混合物又は単分散ＰｂＳ  ＮＣｓ（デバイス３）を具える、３つの光検出器の波長（ｎｍ）に対する応答度（Ａ／Ｗ）を示し、図２１Ｂは、いくつかの実施例による、デバイス１、２、及び３の波長（ｎｍ）に対する検出能（Jones）を示す。
【図２２】図２２は、ＰｂＳ光検出器について、時間（μｓ）に対する光電流をプロットしたグラフである。
【図２３】図２３は、いくつかの実施例による、−１Ｖで測定したＰｂＳ光検出器のリニアダイナミックレンジを示す。
【図２４】図２４は、いくつかの実施例による、封入していない大気中の実験室条件で３カ月間保存したＰｂＳ光検出器の正規化性能を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に記載した実施例は、一般的に、赤外線（ＩＲ）放射を吸収して、電荷キャリア（例えば、電子、正孔）を生成することができる単分散ナノ粒子に関する。いくつかの場合、ナノ粒子の少なくとも一部がナノクリスタルである。所定の実施例では、単分散ＩＲ吸収ナノクリスタルが、ナノクリスタル形成ステップを具える方法によって形成される。このステップは、ナノクリスタルの第１の元素を含む第１前駆体溶液を、ナノクリスタルの第２の元素を含む第２前駆体溶液に加えて、第１混合前駆体溶液を作成するステップを具え、第１混合前駆体溶液中の第１の元素対第２の元素のモル比が、核形成スレッシュホールドより上である。この方法は、さらに、ナノクリスタル成長ステップを具え、このステップは、第１前駆体溶液を第１混合前駆体溶液に加えて、第２混合前駆体溶液を作成するステップを具え、第２混合前駆体溶液中の第１の元素対第２の元素のモル比が、核形成スレッシュホールドより小さい。いくつかの実施例によれば、ナノクリスタルの層が、ＩＲ光検出器、ＩＲから可視光へのアップコンバージョンデバイス、及び／又はＩＲ太陽電池などのデバイスに含まれている。
【００１０】
いくつかの場合、デバイスが比較的大きいナノ粒子（例えば、最大断面寸法約２ｎｍまたはそれ以上）を含むことは有利であると認識されていた。所定の場合、ナノ粒子の吸収特性は、サイズに依存している。例えば、半導体ナノ粒子などのいくつかのナノ粒子は、価電子帯（例えば、最高被占エネルギィレベル）と導電体（例えば、最低空エネルギィレベル）を具え、バンドギャップが価電子帯と導電体の間に存在する。所定の条件下では、バンドギャップより大きなエネルギィを持つ光子が、価電子帯から導電体へ電子を励起して、電子−正孔対（例えば、励起子）ができる。所定の場合、ナノ粒子のサイズが変わることで、バンドギャップが変化して、ナノ粒子の吸収特性が変化することがある。いくつかの場合、より大きいナノ粒子が、より波長の長い電磁放射を吸収して、電荷担体を作ることができる。所定のアプリケーションでは、比較的長い波長のＩＲ放射（例えば、少なくとも約１μｍ）を吸収することが利点になる。例えば、このようなナノ粒子によって、デバイスを、電磁スペクトルの以前に可能であったものとは異なる部分にアクセスさせることができる。
【００１１】
いくつかの場合、ＩＲ吸収デバイスのナノ粒子が比較的単分散（例えば、ほぼ均一サイズである）ことは、有利であるというように認識されていた。例えば、比較的単分散のナノ粒子群は、比較的同じ吸収特性を持ち、特定波長のＩＲ放射を選択的に吸収するデバイスに使用できる。ＩＲ太陽電池などのいくつかのアプリケーションでは、単分散ナノ粒子は電荷抽出を増やし、したがって、太陽電池の効率を上げる。
【００１２】
しかしながら、比較的大きな単分散ナノ粒子の合成には、多くの問題が関連していた。例えば、従来の方法では、比較的高品質（例えば、欠陥密度が低い）の比較的大きなナノ粒子群の合成が一般的にできなかった。このことは、比較的大きいナノ粒子の合成が、通常高い成長温度及び／又は長い成長時間を要し、これがときに、高い欠陥密度に関連しているという事実に少なくとも起因すると考えられる。さらに、従来の方法では、比較的単分散である比較的大きいナノ粒子群の合成ができなかった。従来の方法では、例えば、ナノ粒子合成プロセスを通して核形成がなされる結果、広範囲にわたるサイズのナノ粒子となる（例えば、このプロセスの初期に形成されるナノ粒子は、プロセスの後の方で形成されるナノ粒子より一般的に大きい。）さらに、比較的大きなナノ粒子に通常必要とされる高い成長温度と長い成長時間がサイズの分散を高めてしまう。
【００１３】
予想外に、多段階の新規な方法によって比較的大きな単分散ナノ粒子を合成できることが発見された。いくつかの場合は、ナノ粒子の形成（例えば、核形成）に有利な条件を有する第１段階と、ナノ粒子の形成に替えてナノ粒子の成長に有利な条件を有する第２段階を具える方法である。いくつかの実施例では、ナノ粒子の形成が、ナノ粒子の第１の元素を含む第１前駆体溶液を、ナノ粒子の第２の元素を含む第２前駆体溶液に注入して、混合溶液を形成することによって開始される。ここで、混合前駆体溶液中の第１の元素と第２の元素のモル比は、核形成スレッシュホールドより高い。この最初の注入が、いくつかの実施例によると、複数のナノ粒子を形成する。いくつかの実施例では、この方法はさらに、混合前駆体溶液への第１前駆体溶液の一又はそれ以上のさらなる注入を具えており、ここで、混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比（例えば、ナノ粒子に結合していない第１の元素のモル数と、ナノ粒子に結合していない第２の元素のモル数の比）が、核形成スレッシュホールドより低い。核形成は、第１の元素と第２の元素のモル比が、最初の注入の後核形成スレッシュホールドを超えないようにすることで、抑制されることがわかった。合成プロセスを通じてナノ粒子の形成が生じるようにするのではなく、ナノ粒子の形成を最初の注入ステップに制限することによって、比較的単分散のナノ粒子を形成することができる。いくつかの場合、第１前駆体溶液の一またはそれ以上の追加の注入が、新しいナノ粒子の形成に代わって、存在しているナノ粒子の成長に寄与して、比較的大きいナノ粒子となる。
【００１４】
いくつかの態様は、複数の比較的大きなナノ粒子に関連している。粒子サイズの適切な測定の一つは、例えば、平均最大断面寸法である。本明細書で使用しているように、ナノ粒子の「最大断面寸法」は、測定し得るナノ粒子の対向する二つの境界間の最大距離（例えば、直径）を意味する。複数のナノ粒子の「平均最大断面寸法」は、ナノ粒子の数平均最大断面寸法を意味する（例えば、複数のナノ粒子中のナノ粒子の数で割った最大断面寸法の和）。当業者は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、複数のナノ粒子の平均最大断面寸法を測定できる。一般的に、ＴＥＭでは、電子ビームが試料を通過するときに試料と相互作用して、この相互作用から画像が形成される。複数のナノ粒子を含む試料の一またはそれ以上のＴＥＭ画像から、試料中のナノ粒子の数と、複数のナノ粒子内の個々のナノ粒子の最大断面寸法を測定することができ、（例えば、画像分析ソフトウエアを用いて）、平均最大断面寸法を計算できる。
【００１５】
いくつかの実施例では、複数のナノ粒子の平均最大断面寸法が、少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約２ｎｍ、少なくとも約３ｎｍ、少なくとも約４ｎｍ、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約６ｎｍ、少なくとも約７ｎｍ、少なくとも約８ｎｍ、少なくとも約９ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約１５ｎｍ、少なくとも約１８ｎｍ、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約３０ｎｍ、少なくとも約４０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約６０ｎｍ、少なくとも約７０ｎｍ、少なくとも約８０ｎｍ、少なくとも約９０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍである。所定の場合、複数のナノ粒子の平均最大断面寸法が、約１ｎｍ乃至約１０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１５ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１８ｎｍ、約１ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１５ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１８ｎｍ、約５ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約１８ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約１５ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約１５ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約１５ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約１５ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約２０ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約２０ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約２０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、も約５０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、の範囲である。
【００１６】
粒子サイズのもう一つの適切な測定値は、中央最大断面寸法である。複数のナノ粒子の「中央最大断面寸法」は、一般的に、半分のナノ粒子がより大きい最大断面寸法を有し、半分のナノ粒子がより小さい最大断面寸法を有する数値を意味する。当業者は、例えば、ＴＥＭを用いて、複数のナノ粒子の中央最大断面寸法を測定することができるであろう。複数のナノ粒子を含む試料の一またはそれ以上のＴＥＭ画像から、複数のナノ粒子中の個々のナノ粒子の最大断面寸法が測定され（例えば、画像解析ソフトウエアを用いて）、中央最大断面寸法を決定することができる。
【００１７】
いくつかの実施例では、複数のナノ粒子の中央最大断面寸法が、少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約２ｎｍ、少なくとも約３ｎｍ、少なくとも約４ｎｍ、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約６ｎｍ、少なくとも約７ｎｍ、少なくとも約８ｎｍ、少なくとも約９ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約１５ｎｍ、少なくとも約１８ｎｍ、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約３０ｎｍ、少なくとも約４０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約６０ｎｍ、少なくとも約７０ｎｍ、少なくとも約８０ｎｍ、少なくとも約９０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍである。所定の場合、複数のナノ粒子の中央最大断面寸法が、約１ｎｍ乃至約１０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１５ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１８ｎｍ、約１ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１５ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１８ｎｍ、約５ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約１８ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約１５ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約１５ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約１５ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約１５ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約２０ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約２０ｎｍ乃至約８０ｎｍ、約２０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、又は約５０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、の範囲である。
【００１８】
いくつかの実施例は、比較的波長が長い電磁放射（例えばＩＲ放射）を吸収できる複数のナノ粒子に関する。所定の場合、ナノ粒子はＩＲ放射を吸収して、電荷担体（例えば、電子と正孔）を生成することができる。いくつかの実施例では、ナノ粒子は、波長が少なくとも約７００ｎｍ、少なくとも約８００ｎｍ、少なくとも約９００ｎｍ、少なくとも約１０００ｎｍ、少なくとも約１１００ｎｍ、少なくとも約１２００ｎｍ、少なくとも約１３００ｎｍ、少なくとも約１４００ｎｍ、少なくとも約１５００ｎｍ、少なくとも約１６００ｎｍ、少なくとも約１７００ｎｍ、少なくとも約１８００ｎｍ、少なくとも約１９００ｎｍ、少なくとも約２０００ｎｍ、少なくとも約２２００ｎｍ、少なくとも約２５００ｎｍ、少なくとも約２８００ｎｍ、少なくとも約３０００ｎｍ、少なくとも約３３００ｎｍ、少なくとも約３５００ｎｍ、少なくとも約３８００ｎｍ、少なくとも約４０００ｎｍ、少なくとも約４５００ｎｍ、少なくとも約５０００ｎｍ、少なくとも約１０μｍ、少なくとも約２０μｍ、の放射を吸収できる。いくつかの実施例では、ナノ粒子は、波長が約７００ｎｍ乃至１５００ｎｍ、約７００ｎｍ乃至１８００ｎｍ、約７００ｎｍ乃至２０００ｎｍ、約７００ｎｍ乃至２５００ｎｍ、約７００ｎｍ乃至３０００ｎｍ、約７００ｎｍ乃至約３５００ｎｍ、約７００ｎｍ乃至約４０００ｎｍ、約７００ｎｍ乃至約４５００ｎｍ、約７００ｎｍ乃至約５０００ｎｍ、約７００ｎｍ乃至約１０μｍ、約７００ｎｍ乃至約２０μｍ、約８００ｎｍ乃至１５００ｎｍ、約８００ｎｍ乃至１８００ｎｍ、約８００ｎｍ乃至２０００ｎｍ、約８００ｎｍ乃至２５００ｎｍ、約８００ｎｍ乃至３０００ｎｍ、約８００ｎｍ乃至約３５００ｎｍ、約８００ｎｍ乃至約４０００ｎｍ、約８００ｎｍ乃至約４５００ｎｍ、約８００ｎｍ乃至約５０００ｎｍ、約８００ｎｍ乃至約１０μｍ、約８００ｎｍ乃至約２０μｍ、約１０００ｎｍ乃至１５００ｎｍ、約１０００ｎｍ乃至１８００ｎｍ、約１０００ｎｍ乃至２０００ｎｍ、約１０００ｎｍ乃至２５００ｎｍ、約１０００ｎｍ乃至３０００ｎｍ、約１０００ｎｍ乃至約３５００ｎｍ、約１０００ｎｍ乃至約４０００ｎｍ、約１０００ｎｍ乃至約４５００ｎｍ、約１０００ｎｍ乃至約５０００ｎｍ、約１０００ｎｍ乃至約１０μｍ、約１０００ｎｍ乃至約２０μｍ、約１５００ｎｍ乃至２０００ｎｍ、約１５００ｎｍ乃至２５００ｎｍ、約１５００ｎｍ乃至３０００ｎｍ、約１５００ｎｍ乃至約３５００ｎｍ、約１５００ｎｍ乃至約４０００ｎｍ、約１５００ｎｍ乃至約４５００ｎｍ、約１５００ｎｍ乃至約５０００ｎｍ、約１５００ｎｍ乃至約１０μｍ、約１５００ｎｍ乃至約２０μｍ、約２０００ｎｍ乃至３０００ｎｍ、約２０００ｎｍ乃至約３５００ｎｍ、約２０００ｎｍ乃至約４０００ｎｍ、約２０００ｎｍ乃至約４５００ｎｍ、約２０００ｎｍ乃至少なくとも約５０００ｎｍ、約２０００ｎｍ乃至約１０μｍ、約２０００ｎｍ乃至約２０μｍ、約４０００ｎｍ乃至約５０００ｎｍ、約４０００ｎｍ乃至約１０μｍ、約４０００ｎｍ乃至約２０μｍ、約５０００ｎｍ乃至約１０μｍ、約５０００ｎｍ乃至約２０μｍ、又は約１０μｍ乃至約２０μｍ、の範囲の放射を吸収できる。
【００１９】
いくつかの実施例では、ナノ粒子は紫外線（ＵＶ）及び／又は可視放射線を吸収して、電荷担体を生成することができる。したがって、いくつかの実施例では、ナノ粒子は、波長が約３５０ｎｍ乃至約１５００ｎｍ、約３５０ｎｍ乃至１８００ｎｍ、約３５０ｎｍ乃至２０００ｎｍ、約３５０ｎｍ乃至２５００ｎｍ、約３５０ｎｍ乃至３０００ｎｍ、約３５０ｎｍ乃至約３５００ｎｍ、約４００ｎｍ乃至約１５００ｎｍ、約４００ｎｍ乃至１８００ｎｍ、約４００ｎｍ乃至２０００ｎｍ、約４００ｎｍ乃至２５００ｎｍ、約４００ｎｍ乃至３０００ｎｍ、又は約４００ｎｍ乃至約３５００ｎｍ、の範囲の放射を吸収できる。
【００２０】
ナノ粒子は、適切なジオメトリを有していてもよい。例えば、ナノ粒子はほぼ球形、ほぼ楕円形、ほぼ円筒形、ほぼ角柱形（例えば、三角柱、四角柱）、あるいは不規則な形状を有していてもよい。
【００２１】
所定の実施例では、ナノ粒子の少なくとも一部が、ナノクリスタル（例えば、高度な規則構造で配置された原子を具える粒子）である。ナノクリスタルは、クリスタル構造（例えば、岩塩構造、閃亜鉛鉱構造）を有していてもよい。いくつかの実施例によれば、ナノクリスタルは、単結晶又は多結晶集合体を具えていてもよい。いくつかの実施例では、ほぼすべてのナノ粒子がナノクリスタルである。
【００２２】
いくつかの実施例では、ナノ粒子の少なくとも一部が量子ドットである。量子ドットとは、一般的に、量子の機械的特性を示すのに十分に小さいサイズの半導体ナノ粒子（例えば、ナノクリスタル）を意味する。例えば、量子ドットの励起は、３つの空間次元（例えば、量子閉じ込め）に制限され、離散エネルギィレベルを観察できる。いくつかの実施例では、ほぼすべてのナノ粒子が量子ドットである。
【００２３】
いくつかの実施例によると、ナノ粒子は、２またはそれ以上のタイプの元素を含む。例えば、ナノ粒子に適した材料には、限定するものではないが、鉛カルコゲナイド（例えば、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ）及びその合金、銀カルコゲナイド（例えば、Ａｇ２Ｓ、Ａｇ２Ｓｅ、Ａｇ２Ｔｅ）及びその合金、水銀カルコゲナイド（例えば、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ）及びその合金、カドミウムカルコゲナイド（例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ）及びその合金、銅カルコゲナイド（例えば、Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ２Ｓｅ、Ｃｕ２Ｔｅ）及びその合金、ビスマスカルコゲナイド（例えば、（Ｂｉ２Ｓ３、Ｂｉ２Ｓｅ３、Ｂｉ２Ｔｅ３）及びその合金、亜鉛カルコゲナイド（例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ）及びその合金、及びインジウム及び／又はガリウムベースのＩＩＩ−Ｖ半導体（例えば、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ）及びその合金、がある。所定の実施例では、ナノ粒子の少なくとも一部が鉛及び／又は硫黄を含む。いくつかの場合、ナノ粒子の少なくとも一部がＰｂＳ及び／又はＰｂＳｅを含む。特定の実施例では、ほぼすべてのナノ粒子がＰｂＳ及び／又はＰｂＳｅを含む。
【００２４】
いくつかの態様は、複数の比較的単分散のナノ粒子に関する。本明細書で使用されているように、「単分散ナノ粒子」とは、ほぼ均一のサイズ（例えば、最大断面寸法）を有するナノ粒子を意味する。例えば、複数のナノ粒子の単分散性の一の適切な評価基準は、標準偏差である。標準偏差σは、式１を用いて計算できる。
2018529214.tif 000003
ここで、Ｎはナノ粒子の数、
2018529214.tif 000004
は、平均最大断面寸法であり、χｉは、ｉ番目のナノ粒子の最大断面寸法である。いくつかの実施例では、複数のナノ粒子が約２０ｎｍ又はそれ以下、約１５ｎｍ又はそれ以下、約１０ｎｍ又はそれ以下、約８ｎｍ又はそれ以下、約５ｎｍ又はそれ以下、約４ｎｍ又はそれ以下、約３ｎｍ又はそれ以下、約２ｎｍ又はそれ以下、約１．５ｎｍ又はそれ以下、約１ｎｍ又はそれ以下、約０．５ｎｍ又はそれ以下、の標準偏差を有する。所定の実施例では、複数のナノ粒子は、約０．５ｎｍ乃至約１ｎｍ、約０．５ｎｍ乃至乃至約１．５ｎｍ、約０．５ｎｍ乃至約２ｎｍ、約０．５ｎｍ乃至約３ｎｍ、約０．５ｎｍ乃至約４ｎｍ、約０．５ｎｍ乃至約５ｎｍ、約０．５ｎｍ乃至約８ｎｍ、約０．５ｎｍ乃至約１０ｎｍ、約０．５ｎｍ乃至約１５ｎｍ、約０．５ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約２ｎｍ、約１ｎｍ乃至約３ｎｍ、約１ｎｍ乃至約４ｎｍ、約１ｎｍ乃至約５ｎｍ、約１ｎｍ乃至約８ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１５ｎｍ、約１ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約２ｎｍ乃至約５ｎｍ、約２ｎｍ乃至約８ｎｍ、約２ｎｍ乃至約１０ｎｍ、約２ｎｍ乃至約１５ｎｍ、約２ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１５ｎｍ、又は約５ｎｍ乃至約２０ｎｍ、の範囲の標準偏差を有する。
【００２５】
単分散性の別の適切な評価基準は、式２を用いて計算できる。
2018529214.tif 000005
ここで、σは、複数のナノ粒子の最大断面寸法の標準偏差（式１を用いて計算した）であり、
2018529214.tif 000006
は、複数のナノ粒子の平均最大断面寸法である。いくつかの実施例では、複数のナノ粒子の最大断面寸法の相対標準偏差が、約２０％又はそれ以下、約１５％又はそれ以下、約１０％又はそれ以下、約５％又はそれ以下、約２％又はそれ以下、約１％又はそれ以下である。いくつかの実施例では、複数のナノ粒子の最大断面寸法の相対標準偏差は、約１％乃至約２％、約１％乃至約５％、約１％乃至約１０％、約１％乃至約１５％、約１％乃至約２０％、約２％乃至約５％、約２％乃至約１０％、約２％乃至約１５％、約２％乃至約２０％、約５％乃至約１０％、約５％乃至約１５％、又は約５％乃至約２０％、約１０％乃至約１５％、又は約１０％乃至約２０％の範囲である。
【００２６】
いくつかの場合、複数のナノ粒子によってＩＲ放射を吸収して、吸収スペクトルにピークができる（例えば、波長に対する吸光度のプロット）。このピークは、半値全幅（ＦＷＨＭ）（例えば、吸光度が最大値の半分であるときのピーク幅）によって特徴づけることができる。例えば、複数の単分散粒子は、複数の単分散粒子の吸収ピークのＦＷＨＭより小さいＦＷＨＭを有する吸収ピークを持つ。所定の実施例では、複数のナノ粒子が、ＦＷＨＭが約１μｍ又はそれ以下、約５００ｎｍ又はそれ以下、約４００ｎｍ又はそれ以下、約３００ｎｍ又はそれ以下、約２００ｎｍ又はそれ以下、約１００ｎｍ又はそれ以下、約５０ｎｍ又はそれ以下、約２０ｎｍ又はそれ以下、約１０ｎｍ又はそれ以下、約５ｎｍ又はそれ以下、又は約１ｎｍ又はそれ以下である、ＩＲ吸収ピークを有する。いくつかの実施例では、複数のナノ粒子が、ＦＷＨＭが約１ｎｍ乃至約５ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約１ｎｍ乃至約２００ｎｍ、約１ｎｍ乃至約３００ｎｍ、約１ｎｍ乃至約４００ｎｍ、約１ｎｍ乃至約５００ｎｍ、約１ｎｍ乃至約１μｍ、約５ｎｍ乃至約１０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約５ｎｍ乃至約２００ｎｍ、約５ｎｍ乃至約３００ｎｍ、約５ｎｍ乃至約４００ｎｍ、約５ｎｍ乃至約５００ｎｍ、約５ｎｍ乃至約１μｍ、約１０ｎｍ乃至約２０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約２００ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約３００ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約４００ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約５００ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約１μｍ、約２０ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約２０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約２０ｎｍ乃至約２００ｎｍ、約２０ｎｍ乃至約５００ｎｍ、約２０ｎｍ乃至約１μｍ、約５０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約５０ｎｍ乃至約２００ｎｍ、約５０ｎｍ乃至約３００ｎｍ、約５０ｎｍ乃至約４００ｎｍ、約５０ｎｍ乃至約５００ｎｍ、約５０ｎｍ乃至約１μｍ、約１００ｎｍ乃至約２００ｎｍ、約１００ｎｍ乃至約３００ｎｍ、約１００ｎｍ乃至約４００ｎｍ、約１００ｎｍ乃至約５００ｎｍ、約１００ｎｍ乃至約１μｍ、約２００ｎｍ乃至約５００ｎｍ、約２００ｎｍ乃至約１μｍ、又は約５００ｎｍ乃至約１μｍの範囲のＩＲ吸収ピークを有する。
【００２７】
いくつかの実施例では、複数のナノ粒子が、比較的高品質（例えば、低欠陥密度）のナノ粒子（例えば、ナノクリスタル）を含む。例えば、ナノ粒子は、比較的低密度の、空孔型欠陥、置換型欠陥、位相的欠陥、線欠陥（例えば、刃状転位）、表面欠陥（例えば、粒界ミスマッチ）、及び／又はその他の型の欠陥を有する。これは、ナノ粒子中の欠陥の存在が、ナノ粒子の電荷キャリアダイナミクス及び／又は吸収特性に有害な影響を与えるため、いくつかの場合には有利である。いくつかの実施例では、一またはそれ以上の欠陥を有するナノ粒子のパーセンテージが、約３０％またはそれ以下、約２０％またはそれ以下、約１５％またはそれ以下、約１０％またはそれ以下、約５％またはそれ以下、約２％またはそれ以下、約１％またはそれ以下、である。いくつかの実施例では、一またはそれ以上の欠陥を有するナノ粒子のパーセンテージが、約１％乃至約２％、約１％乃至約５％、約１％乃至約１０％、約１％乃至約１５％、約１％乃至約２０％、約１％乃至約３０％、約２％乃至約５％、約２％乃至約１０％、約２％乃至約１５％、約２％乃至約２０％、約２％乃至約３０％、約５％乃至約１０％、約５％乃至約１５％、約５％乃至約２０％、約５％乃至約３０％、約１０％乃至約２０％、又は約１０％乃至約３０％、の範囲にある。
【００２８】
いくつかの態様は、比較的大きい単分散ナノ粒子の製造方法に関するものである。いくつかの実施例では、この方法は、第１の元素と第２の元素を含むナノ粒子を形成する初期段階を具える。いくつかの実施例では、ナノ粒子の形成（例えば、核形成）は、第１の元素を含む第１前駆体溶液を、第２の元素を含む第２前駆体溶液に注入して、混合前駆体溶液を形成することによって開始し、ここで、混合前駆体溶液中の第１の元素対第２の元素のモル比が核形成スレッシュホールドより高い。いくつかの場合、混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比が比較的低く（例えば、混合前駆体溶液中の第２の元素の第１の元素に対するモル比が比較的高い）、その結果、ほぼすべての第１の元素が核形成工程中に使われる。いくつかの実施例では、この方法はさらに、一またはそれ以上の追加段階を具えており、初期段階の間に形成したナノ粒子が成長することになる。所定の場合、一またはそれ以上の追加段階の少なくとも一のステップが、ある量の第１前駆体溶液を混合前駆体溶液中に加えるステップを具え、混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比（例えば、ナノ粒子に結合していない「第１の元素のモル数の第２の元素のモル数に対する比率）が、核形成スレッシュホールドより低い。いくつかの場合、混合前駆体溶液中の第１の元素及び／又は第２の元素の濃度を、第１の元素の第２の元素に対するモル比が核形成スレッシュホールドを超えないように維持することで核形成を抑制し、ナノ粒子の形成を初期段階にほぼ制限できる。いくつかの実施例では、ナノ粒子の形成を初期段階に制限することにより、複数の比較的単分散であるナノ粒子を合成できる（例えば、制御不能な核形成を抑制できる）。ナノ粒子の形成に代えて、一またはそれ以上の段階により、いくつかの場合、初期段階で形成されたナノ粒子が成長し、比較的大きなナノ粒子が形成される。
【００２９】
所定の実施例では、本明細書に記載した方法は、比較的温和な条件下で行うことができる。例えば、いくつかの場合、この方法は、比較的低温で行うステップを具える。いくつかの実施例では、この方法は、成長時間が比較的短いステップを具える。比較的温和な条件を使用することは、複数の合成ナノ粒子中に存在する欠陥数を減らすので、いくつかの場合、有利である。
【００３０】
いくつかの実施例によれば、この方法は、第１前駆体溶液を形成するステップを具える。所定の場合、第１前駆体溶液は、ナノ粒子中に存在する第１の元素を具える。第１の元素の非限定的な例には、硫黄、セレン、及びテルリウムがある。いくつかの場合、第１前駆体溶液は、第１の元素を含む第１成分を第１溶剤に溶かすことによって調製できる。第１成分の例には、限定するものではないが、ビス（トリメチルシリル）スルフィド［（（ＣＨ３）３Ｓｉ）２Ｓ］（ＴＭＳと呼ぶこともある）、ビス（トリアルキルシリル）スルフィド、単体硫黄、ジアルキルチオ尿素、チオアセトアミド、ジメチルチオフォルムアミド、アルキルチオール、アルキルジスルフィド、硫化水素、単体セレン、二酸化セレン、セレノ尿素、二硫化セレン、セレン化水素、ビス（トリメチルシリル）セレニド、単体テルリウム、二酸化テルリウム、硫化テルリウム、テルル化水素、ビス（トリメチルシリル）テルリド、及びビス（トリアルキルシリル）テルリド、がある。第１溶剤は、第１成分を溶媒和できる溶剤を含む。適切な溶媒の非限定的な例には、トリアルキルホスフィン、ｎ−アルキルアミン、トリアルキルアミン、オクタデセン、及びオレイン酸がある。
【００３１】
いくつかの実施例では、この方法は、さらに、第２前駆体溶液を形成するステップを具える。所定の場合、第２前駆体溶液は、ナノ粒子中に存在する第２の元素を含む。第２の元素の適切な例には、限定するものではないが、鉛、銀、水銀、カドミウム、銅、ビスマス、亜鉛、インジウム、ガリウム、アルミニウム、マグネシウム、及び鉄がある。いくつかの実施例によれば、第２前駆体溶液は、第２の元素を含む第２成分を第２の溶媒に溶かすことによって調製できる。第２の元素を含む第２成分の非限定的な例には、酸化鉛、酢酸鉛、鉛アセチルアセトナート、硝酸鉛、塩化鉛、ヨウ化鉛、臭化鉛、硫化鉛、鉛タンタライト、チタン化鉛、クロム塩酸鉛、酢酸第二水銀、臭化第二水銀、炭酸第二水銀、塩酸第二水銀、フッ素塩酸第二水銀、ヨウ化第二水銀、硝酸第二水銀、酸化第二水銀、硫化第二水銀、フッ化カドミウム、炭酸カドミウム、酸化カドミウム、ヨウ化カドミウム、臭化カドミウム、水酸カドミウム、ギ酸カドミウム、塩酸カドミウム、タングステン酸カドミウム、硝酸カドミウム、カドミウム塩、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、フッ化銅、酸化銅、臭化銅、硫化銅、水酸化銅、炭酸銅、シュウ酸銅、ステアリン酸亜鉛、硫化亜鉛、炭酸亜鉛、セレン化亜鉛、ヨウ化亜鉛、フッ化亜鉛、臭化亜鉛、過酸化亜鉛、インジウム単体、塩化インジウム、硫化インジウム、スルファミン酸インジウム、トリフルオロインジウム、フッ化インジウム、酢酸インジウム、酸化オキサイド錫、インジウム塩、硫化インジウム、ヨウ化インジウム（ＩＩＩ）、窒化インジウム、酸化インジウム、三臭化インジウム、水酸化インジウム、ガリウム塩、三塩化ガリウム、ガリウム、リン酸ガリウム、三二酸化ガリウム、セレン化ガリウム、塩化ガリウム、アルミナ、アルミナ三水和物（水酸化アルミニウム）、リン酸アルミニウム、臭化アルミニウム、塩化アルミニウム、アルミノ−シリケート、酸化アルミニウム、フッ化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、チタン酸マグネシウム、臭化マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、マグネシウム−酸化アルミニウム、ジルコニウム酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム・アルミニウム、酸化鉄、フッ化鉄、硫化鉄、及び鉄粉がある。第２の溶媒は、第２成分を溶媒和できるものであれば、いずれの溶媒でもよい。適切な溶媒の非限定的な例には、トリアルキルホスフィン、ｎ−アルキルアミン、トリアルキルアミン、オクタデセン、オレイン酸、及びこれらの組み合わせがある。所定の実施例では、第２溶媒は、オクタデセンとオレイン酸を含む。
【００３２】
所定の実施例では、この方法はさらに、第２前駆体溶液を第１の温度で第１の時間攪拌するステップを具える。例えば、第１の時間は約５０分又はそれ以下、約３０分又はそれ以下、約２０分又はそれ以下、約１５分又はそれ以下、約１０分又はそれ以下、約５分又はそれ以下、又は約１分又はそれ以下、である。いくつかの実施例では、第１の時間が約１秒またはそれ以上、約５秒またはそれ以上、約１０秒またはそれ以上、約３０秒またはそれ以上、約１分またはそれ以上、約５分またはそれ以上、約１０分またはそれ以上、約１５分またはそれ以上、約２０分またはそれ以上、約３０分またはそれ以上、又は、約５０分またはそれ以上、である。いくつかの場合、第１の時間が、約１秒乃至約１０秒、約１秒乃至約３０秒、約１秒乃至約１分、約１秒乃至約５分、約１秒乃至約１０分、約１秒乃至約１５分、約１秒乃至約２０分、約１秒乃至約３０分、約１秒乃至約５０分、約１０秒乃至約３０秒、約１０秒乃至約１分、約１０秒乃至約５分、約１０秒乃至約１０分、約１０秒乃至約１５分、約１０秒乃至約２０分、約１０秒乃至約３０分、約１０秒乃至約５０分、約３０秒乃至約１分、約３０秒乃至約５分、約３０秒乃至約１０分、約３０秒乃至約１５分、約３０秒乃至約２０分、約３０秒乃至約３０分、約３０秒乃至約５０分、約１分乃至約５分、約１分乃至約１０分、約１分乃至約１５分、約１分乃至約２０分、約１分乃至約３０分、約１分乃至約５０分、約５分乃至約３０分、約５分乃至約５０分、約１０分乃至約３０分、又は約１０分乃至約５０分である。いくつかの実施例では、第１の温度が比較的低い。所定の場合、第１の温度は、約１８０℃又はそれ以下、約１５０℃又はそれ以下、約１２０℃又はそれ以下、約１１０℃又はそれ以下、約１００℃又はそれ以下、約９０℃又はそれ以下、約７０℃又はそれ以下、約５０℃又はそれ以下、約３０℃又はそれ以下、又は約１０℃又はそれ以下、である。いくつかの実施例では、第１の温度が、約１０℃乃至約５０℃、約１０℃乃至約７０℃、約１０℃乃至約９０℃、約１０℃乃至約１００℃、約１０℃乃至約１１０℃、約１０℃乃至約１２０℃、約１０℃乃至約１５０℃、約１０℃乃至約１８０℃、約３０℃乃至約７０℃、約３０℃乃至約９０℃、約３０℃乃至約１００℃、約３０℃乃至約１１０℃、約３０℃乃至約１２０℃、約３０℃乃至約１５０℃、約３０℃乃至約１８０℃、約５０℃乃至約９０℃、約５０℃乃至約１００℃、約５０℃乃至約１１０℃、約５０℃乃至約１２０℃、約５０℃乃至約１５０℃、約５０℃乃至約１８０℃、約７０℃乃至約１００℃、約７０℃乃至約１１０℃、約７０℃乃至約１２０℃、約７０℃乃至約１５０℃、約７０℃乃至約１８０℃、約９０℃乃至約１１０℃、約９０℃乃至約１２０℃、約９０℃乃至約１５０℃、約９０℃乃至約１８０℃、約１００℃乃至約１１０℃、約１００℃乃至約１２０℃、約１００℃乃至約１５０℃、約１００℃乃至約１８０℃、約１２０℃乃至約１５０℃、約１２０℃乃至約１８０℃、約１４０℃乃至約１５０℃、約１４０℃乃至約１８０℃、又は、約１６０℃乃至約１８０℃、の範囲である。
【００３３】
いくつかの実施例では、この方法は、選択的に、第２前駆体溶液を第１の時間第１の温度で攪拌したのち、第２前駆体溶液の温度を第１の温度から第２の温度に変更するステップを具える。いくつかの実施例では、第２の温度が約１８０℃又はそれ以下、約１５０℃又はそれ以下、約１２０℃又はそれ以下、約１１０℃又はそれ以下、約１００℃又はそれ以下、約９０℃又はそれ以下、約７０℃又はそれ以下、約５０℃又はそれ以下、約３０℃又はそれ以下、又は約１０℃又はそれ以下である。いくつかの実施例では、第２の温度が、約１０℃乃至約５０℃、約１０℃乃至約７０℃、約１０℃乃至約９０℃、約１０℃乃至約１００℃、約１０℃乃至約１１０℃、約１０℃乃至約１２０℃、約１０℃乃至約１５０℃、約１０℃乃至約１８０℃、約３０℃乃至約７０℃、約３０℃乃至約９０℃、約３０℃乃至約１００℃、約３０℃乃至約１１０℃、約３０℃乃至約１２０℃、約３０℃乃至約１５０℃、約３０℃乃至約１８０℃、約５０℃乃至約９０℃、約５０℃乃至約１００℃、約５０℃乃至約１１０℃、約５０℃乃至約１２０℃、約５０℃乃至約１５０℃、約５０℃乃至約１８０℃、約７０℃乃至約１００℃、約７０℃乃至約１１０℃、約７０℃乃至約１２０℃、約７０℃乃至約１５０℃、約７０℃乃至約１８０℃、約９０℃乃至約１１０℃、約９０℃乃至約１２０℃、約９０℃乃至約１５０℃、約９０℃乃至約１８０℃、約１００℃乃至約１１０℃、約１００℃乃至約１２０℃、約１００℃乃至約１５０℃、約１００℃乃至約１８０℃、約１２０℃乃至約１５０℃、約１２０℃乃至約１８０℃、約１４０℃乃至約１５０℃、約１４０℃乃至約１８０℃、又は、約１６０℃乃至約１８０℃、の範囲である。第１の前駆体溶液の温度は、この分野で公知の方法（例えば、ホットプレート、Bunsenバーナ、オーブン、アイスバス）によって変えることができる。
【００３４】
いくつかの実施例では、この方法は、第１の量の第１前駆体溶液を、第２前駆体溶液に注入して、初期混合前駆体溶液を作る。いくつかの実施例では、この初期混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比が、核形成スレッシュホールドを超える（例えば、第１の元素の第２の元素に対するモル比が、核形成の開始より上である）ことが有利であると認識されており、これによって、第１及び第２の元素を含むナノ粒子が形成される。核形成スレッシュホールドは、この分野で知られている方法によって決めることができる。例えば、第１の元素（例えば第１前駆体溶液中）の量を変える所定量の第２の元素（例えば、第２前駆体溶液中）を注入し、核形成スレッシュホールドは、ナノ粒子が核形成を開始した時のモル比であると認識することができる。いくつかの実施例では、この核形成スレッシュホールドが少なくとも約１：２０、少なくとも約１：１５、少なくとも約１：１０、少なくとも約１：８、少なくとも約１：５、少なくとも約１：４、少なくとも約１：３、少なくとも約１：２、少なくとも約１：１、である。いくつかの実施例では、核形成スレッシュホールドが、約１：１又はそれ以下、約１：２又はそれ以下、約１：３又はそれ以下、約１：４又はそれ以下、約１：５又はそれ以下、約１：８又はそれ以下、少なくとも１：１０又はそれ以下、約１：１５又はそれ以下、又は、約１：２０又はそれ以下である。所定の場合は、核形成スレッシュホールドが約１：２０乃至約１：１５、約１：２０乃至約１：１０、約１：２０乃至約１：８、約１：２０乃至約１：５、約１：２０乃至約１：４、約１：２０乃至約１：３、約１：２０乃至約１：２、約１：２０乃至約１：１、約１：１５乃至約１：１０、約１：１５乃至約１：８、約１：１５乃至約１：５、約１：１５乃至約１：４、約１：１５乃至約１：３、約１：１５乃至約１：２、約１：１５乃至約１：１、約１：１０乃至約１：８、約１：１０乃至約１：５、約１：１０乃至約１：４、約１：１０乃至約１：３、約１：１０乃至約１：２、約１：１０乃至約１：１、約１：８乃至約１：５、約１：８乃至約１：４、約１：８乃至約１：３、約１：８乃至約１：２、約１：８乃至約１：１、約１：５乃至約１：４、約１：５乃至約１：３、約１：５乃至約１：２、約１：５乃至約１：１、約１：４乃至約１：３、約１：４乃至約１：２、約１：４乃至約１：１、約１：３乃至約１：２、約１：３乃至約１：１、約１：２乃至約１：１、の範囲である。いくつかの実施例では、初期混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比が、少なくとも約１：２０、少なくとも約１：１５、少なくとも約１：１０、少なくとも約１：８、少なくとも約１：５、少なくとも約１：４、少なくとも約１：３、少なくとも約１：２、少なくとも約１：１、である。いくつかの実施例では、初期混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比が、約１：２０乃至約１：１５、約１：２０乃至約１：１０、約１：２０乃至約１：８、約１：２０乃至約１：５、約１：２０乃至約１：４、約１：２０乃至約１：３、約１：２０乃至約１：２、約１：２０乃至約１：１、約１：１０乃至約１：８、約１：１０乃至約１：５、約１：１０乃至約１：４、約１：１０乃至約１：３、約１：１０乃至約１：２、約１：１０乃至約１：１、約１：５乃至約１：２、約１：５乃至約１：１、約１：４乃至約１：２、約１：４乃至約１：１、約１：３乃至約１：１、約１：２乃至約１：１、の範囲である。
【００３５】
いくつかの実施例では、初期混合前駆体溶液中の第２の元素の濃度が第１の元素の濃度を超えることが好ましいと認識されている。例えば、初期核形成プロセス（例えば、初期注入ステップ）において、第１の元素が実質的に消耗される場合、更なるナノ粒子の形成には、不十分な量の第１の元素が残ることになる。したがって、ナノ粒子の形成は、初期注入ステップに制限されてしまう。いくつかの場合、初期注入ステップの間に形成すべき複数のナノ粒子のほぼすべてのナノ粒子が、ナノ粒子の成長時に、別のステップ（例えば、第１前駆体溶液を混合前駆体溶液中に複数回注入した後）間に形成されたナノ粒子の成長より、より均一であることが有利である。いくつかの実施例では、第２の元素の第１の元素に対するモル比が、少なくとも約１：１、少なくとも約２：１、少なくとも約３：１、少なくとも約４：１、少なくとも約５：１、少なくとも約８：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約１５：１、又は少なくとも約２０：１である。いくつかの実施例では、第２の元素の第１の元素に対するモル比が、約１：１乃至約２：１、約１：１乃至約３：１、約１：１乃至約４：１、約１：１乃至約５：１、約１：１乃至約８：１、約１：１乃至約１０：１、約１：１乃至約１５：１、約１：１乃至約２０：１、約２：１乃至約５：１、約２：１乃至約８：１、約２：１乃至約１０：１、約２：１乃至約１５：１、約２：１乃至約２０：１、約５：１乃至約１０：１、約５：１乃至約１５：１、約５：１乃至約２０：１、又は約１０：１乃至約２０：１の範囲である。
【００３６】
いくつかの実施例では、初期混合前駆体溶液がさらに、界面活性剤を含んでいる。適切な界面活性剤の非限定的な例には、オレイン酸、オレイルアミン、オクチルアミン、オクタデシルアミン、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、グリセロール、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、臭化セチルトリメチルアンモニウム、およびジエチルスルホサクシネート塩がある。いくつかの場合、この界面活性剤の濃度は、核形成速度に影響することがある。例えば、所定の場合、界面活性剤の濃度が高くなると、核形成速度が遅くなる。
【００３７】
いくつかの実施例では、この方法は、初期混合前駆体溶液を第２の温度で第２の時間攪拌するステップを具える。所定の場合、この第２の時間が比較的短い。第２の時間は、いくつかの場合、約５０分又はそれ以下、約３０分又はそれ以下、約２０分又はそれ以下、約１５分又はそれ以下、約１０分又はそれ以下、約５分又はそれ以下、約１分又はそれ以下、約３０秒又はそれ以下、約１０秒又はそれ以下、約５秒又はそれ以下、又は約１秒又はそれ以下、である。いくつかの実施例では、第２の時間が、約１秒乃至約１０秒、約１秒乃至約３０秒、約１秒乃至約１分、約１秒乃至約５分、約１秒乃至約１０分、約１秒乃至約１５分、約１秒乃至約２０分、約１秒乃至約３０分、約１秒乃至約５０分、約１０秒乃至約３０秒、約１０秒乃至約１分、約１０秒乃至約５分、約１０秒乃至約１０分、約１０秒乃至約１５分、約１０秒乃至約２０分、約１０秒乃至約３０分、約１０秒乃至約５０分、約３０秒乃至約１分、約３０秒乃至約５分、約３０秒乃至約１０分、約３０秒乃至約１５分、約３０秒乃至約２０分、約３０秒乃至約３０分、約３０秒乃至約５０分、約１分乃至約５分、約１分乃至約１０分、約１分乃至約１５分、約１分乃至約２０分、約１分乃至約３０分、約１分乃至約５０分、約５分乃至約３０分、約５分乃至約５０分、約１０分乃至約３０分、又は約１０分乃至約５０分、の範囲である。
【００３８】
いくつかの場合、この方法は、選択的に、初期混合前駆体溶液の温度を第２の温度から第３の温度に変更するステップを具える。いくつかの実施例では、第３の温度は比較的低い。第３の温度は、いくつかの場合、約１８０℃又はそれ以下、約１５０℃又はそれ以下、約１２０℃又はそれ以下、約１１０℃又はそれ以下、約１００℃又はそれ以下、約９０℃又はそれ以下、約７０℃又はそれ以下、約５０℃又はそれ以下、約３０℃又はそれ以下、又は約１０℃又はそれ以下、である。いくつかの実施例では、第３の温度が、約１０℃乃至約５０℃、約１０℃乃至約７０℃、約１０℃乃至約９０℃、約１０℃乃至約１００℃、約１０℃乃至約１１０℃、約１０℃乃至約１２０℃、約１０℃乃至約１５０℃、約１０℃乃至約１８０℃、約３０℃乃至約７０℃、約３０℃乃至約９０℃、約３０℃乃至約１００℃、約３０℃乃至約１１０℃、約３０℃乃至約１２０℃、約３０℃乃至約１５０℃、約３０℃乃至約１８０℃、約５０℃乃至約９０℃、約５０℃乃至約１００℃、約５０℃乃至約１１０℃、約５０℃乃至約１２０℃、約５０℃乃至約１５０℃、約５０℃乃至約１８０℃、約７０℃乃至約１００℃、約７０℃乃至約１１０℃、約７０℃乃至約１２０℃、約７０℃乃至約１５０℃、約７０℃乃至約１８０℃、約９０℃乃至約１１０℃、約９０℃乃至約１２０℃、約９０℃乃至約１５０℃、約９０℃乃至約１８０℃、約１００℃乃至約１１０℃、約１００℃乃至約１２０℃、約１００℃乃至約１５０℃、約１００℃乃至約１８０℃、約１２０℃乃至約１５０℃、約１２０℃乃至約１８０℃、約１４０℃乃至約１５０℃、約１４０℃乃至約１８０℃、又は、約１６０℃乃至約１８０℃、の範囲である。初期混合前駆体溶液の温度は、この分野で知られている方法（例えば、ホットプレート、Bunsenバーナ、オーブン、アイスバス）によって変えることができる。
【００３９】
いくつかの実施例によれば、この方法はさらに、ある量の第１前駆体溶液を、混合前駆体溶液（例えば、初期混合前駆体溶液）に注入するステップを含む、一またはそれ以上の追加のステップを具えている。いくつかの実施例では、一またはそれ以上の追加の注入は、１回の注入、２回の注入、３回の注入、４回の注入、５回又はそれ以上の注入、を具える。いくつかの場合、少なくとも１回の追加注入（例えば、第１前駆体溶液の）の後の、混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比は、核形成スレッシュホールドより小さい。いくつかの実施例では、少なくとも１回の追加注入（例えば、第１前駆体溶液の）の後の、混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比は、約１：１又はそれ以下、約１：２又はそれ以下、約１：３又はそれ以下、約１：４又はそれ以下、約１：５又はそれ以下、約１：８又はそれ以下、約１：１０又はそれ以下、約１：１５又はそれ以下、又は、約１：２０又はそれ以下である。所定の実施例では、少なくとも１回の追加注入の後の、混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比は、約１：２０乃至約１：１５、約１：２０乃至約１：１０、約１：２０乃至約１：８、約１：２０乃至約１：５、約１：２０乃至約１：４、約１：２０乃至約１：３、約１：２０乃至約１：２、約１：２０乃至約１：１、約１：１０乃至約１：８、約１：１０乃至約１：５、約１：１０乃至約１：４、約１：１０乃至約１：３、約１：１０乃至約１：２、約１：１０乃至約１：１、約１：５乃至約１：２、約１：５乃至約１：１、約１：４乃至約１：２、約１：４乃至約１：１、約１：３乃至約１：１、又は約１：２乃至約１：１、の範囲である。
【００４０】
所定の場合、この方法が、一またはそれ以上の追加注入ステップを具えることが有利であると認識されており、ここで、混合前駆体溶液中の第１の元素の第２の元素に対するモル比は、核形成スレッシュホールドの下にある。なぜなら、このような注入ステップによって、初期注入ステップの間に形成されたナノ粒子が成長するからである。いくつかの場合、第１の元素の第２の元素に対するモル比を核形成スレッシュホールドより小さく維持することが、追加の注入ステップの後の追加のナノ粒子の形成を防止し、これによって、初期注入ステップにナノ粒子の形成が封じ込められる。いくつかの場合、実質的にすべてのナノ粒子が、他のステップ（例えば、追加の注入ステップ）ではなく、初期注入ステップで形成されるため、比較的単分散の複数のナノ粒子が形成できる。所定の実施例では、一またはそれ以上の追加の注入ステップによって、初期注入ステップの間に形成されたナノ粒子が成長し、比較的大きなナノ粒子となる。
【００４１】
いくつかの実施例では、この方法はさらに、一またはそれ以上の追加の注入ステップを少なくとも１回行った後、ある時間混合前駆体溶液を攪拌するステップを具える。いくつかの所定の実施例では、この方法はさらに、一またはそれ以上の追加の注入ステップの各々の後で、ある時間、混合前駆体溶液を攪拌するステップを具える。所定の場合、この時間は比較的短い。追加の注入ステップの後に混合前駆体溶液を攪拌する時間は、いくつかの場合、約５０分又はそれ以下、約３０分又はそれ以下、約２０分又はそれ以下、約１５分又はそれ以下、約１０分又はそれ以下、約５分又はそれ以下、又は１分又はそれ以下、約３０秒又はそれ以下、約１０秒又はそれ以下、約５秒又はそれ以下、又は約１秒又はそれ以下である。いくつかの実施例では、追加の注入ステップの後に混合前駆体溶液を攪拌する時間は、約１秒乃至約１０秒、約１秒乃至約３０秒、約１秒乃至約１分、約１秒乃至約５分、約１秒乃至約１０分、約１秒乃至約１５分、約１秒乃至約２０分、約１秒乃至約３０分、約１秒乃至約５０分、約１０秒乃至約３０秒、約１０秒乃至約１分、約１０秒乃至約５分、約１０秒乃至約１０分、約１０秒乃至約１５分、約１０秒乃至約２０分、約１０秒乃至約３０分、約１０秒乃至約５０分、約３０秒乃至約１分、約３０秒乃至約５分、約３０秒乃至約１０分、約３０秒乃至約１５分、約３０秒乃至約２０分、約３０秒乃至約３０分、約３０秒乃至約５０分、約１分乃至約５分、約１分乃至約１０分、約１分乃至約１５分、約１分乃至約２０分、約１分乃至約３０分、約１分乃至約５０分、約５分乃至約３０分、約５分乃至約５０分、約１０分乃至約３０分、又は約１０分乃至約５０分、の範囲である。混合前駆体溶液を攪拌するステップが、２又はそれ以上の追加の注入ステップの後攪拌される実施例では、異なる追加注入ステップの後に溶液を攪拌する時間は、同じであるかあるいは異なっていてもよい。
【００４２】
いくつかの実施例では、この方法は選択的に、一またはそれ以上の追加の注入ステップの少なくとも一つを行った後（例えば、ある時間攪拌した後）、混合前駆体溶液の温度を変えるステップを具える。いくつかの所定の実施例では、この方法は選択的に、一またはそれ以上の追加の注入ステップの各々の後で、混合前駆体溶液の温度を変えるステップを具える。いくつかの実施例では、追加の注入ステップの後に混合前駆体が変化する温度は、比較的低い。この温度は、いくつかの場合、約１８０℃又はそれ以下、約１５０℃又はそれ以下、約１２０℃又はそれ以下、約１１０℃又はそれ以下、約１００℃又はそれ以下、約９０℃又はそれ以下、約７０℃又はそれ以下、約５０℃又はそれ以下、約３０℃又はそれ以下、又は約１０℃又はそれ以下、である。いくつかの実施例では、追加の注入ステップの後に混合前駆体が変化する温度が、約１０℃乃至約５０℃、約１０℃乃至約７０℃、約１０℃乃至約９０℃、約１０℃乃至約１００℃、約１０℃乃至約１１０℃、約１０℃乃至約１２０℃、約１０℃乃至約１５０℃、約１０℃乃至約１８０℃、約３０℃乃至約７０℃、約３０℃乃至約９０℃、約３０℃乃至約１００℃、約３０℃乃至約１１０℃、約３０℃乃至約１２０℃、約３０℃乃至約１５０℃、約３０℃乃至約１８０℃、約５０℃乃至約９０℃、約５０℃乃至約１００℃、約５０℃乃至約１１０℃、約５０℃乃至約１２０℃、約５０℃乃至約１５０℃、約５０℃乃至約１８０℃、約７０℃乃至約１００℃、約７０℃乃至約１１０℃、約７０℃乃至約１２０℃、約７０℃乃至約１５０℃、約７０℃乃至約１８０℃、約９０℃乃至約１１０℃、約９０℃乃至約１２０℃、約９０℃乃至約１５０℃、約９０℃乃至約１８０℃、約１００℃乃至約１１０℃、約１００℃乃至約１２０℃、約１００℃乃至約１５０℃、約１００℃乃至約１８０℃、約１２０℃乃至約１５０℃、約１２０℃乃至約１８０℃、約１４０℃乃至約１５０℃、約１４０℃乃至約１８０℃、又は、約１６０℃乃至約１８０℃、の範囲である。混合前駆体溶液の温度は、この分野で知られている方法（例えば、ホットプレート、Bunsenバーナ、オーブン、アイスバス）によって変えることができる。
【００４３】
いくつかの実施例では、この方法はさらに、混合前駆体溶液に第３の溶剤を加えるステップを具える。第３の溶剤の追加は、いくつかの場合、ナノ粒子を単離できる。第３の溶剤は、ナノ粒子を溶媒和しないものである場合どのような溶剤でもよい。適切な溶剤の例には、限定するものではないが、小アルキル鎖アルコール（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール）、酢酸エチル、ジメチルフォルムアミド、アセトニトリル、トルエン、クロロフォルム、及びアセトンがある。
【００４４】
この方法は、第１前駆体溶液を第２前駆体溶液に加える（及び、次いで、混合前駆体溶液に加える）ステップを含む注入ステップを具えるものとして記載されているが、この方法が、これに代えて、第２前駆体溶液を第１前駆体溶液に加える（及び、次いで、混合前駆体溶液に加える）ステップを含む注入ステップを具えるものであってもよい。このようないくつかの場合、初期混合前駆体溶液中の第１の元素の濃度が第２の元素の濃度を超えることが望ましい。例えば、初期核形成プロセス中に（例えば、初期注入ステップの間に）第２の元素が実質的に消費されるのであれば、残りの第２の元素の量は追加のナノ粒子を形成するには不十分であり、ナノ粒子形成が、初期注入ステップに有利に制限される。いくつかの実施例では、第１の元素の第２の元素に対するモル比は、少なくとも約１：１、少なくとも約２：１、少なくとも約３：１、少なくとも約４：１、少なくとも約５：１、少なくとも約８：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約１５：１、又は少なくとも約２０：１である。いくつかの実施例では、第１の元素の第２の元素に対するモル比が、約１：１乃至約２：１、約１：１乃至約３：１、約１：１乃至約４：１、約１：１乃至約５：１、約１：１乃至約８：１、約１：１乃至約１０：１、約１：１乃至約１５：１、約１：１乃至約２０：１、約２：１乃至約５：１、約２：１乃至約８：１、約２：１乃至約１０：１、約２：１乃至約１５：１、約２：１乃至約２０：１、約５：１乃至約１０：１、約５：１乃至約１５：１、約５：１乃至約２０：１、又は約１０：１乃至約２０：１の範囲である。
【００４５】
本明細書に記載した単分散ナノ粒子は、いくつかの場合、ＩＲ放射を吸収するデバイスに使用されている。適切なデバイスの非限定的な例には、ＩＲ光検出器、ＩＲアップコンバージョンデバイス、ＩＲ太陽電池がある。いくつかの場合、これらのデバイスは複数層を具える。これらのデバイスの層は、所定の実施例では、価電子帯エネルギィ（例えば、イオン化電位）を持つ価電子帯（例えば、最高被占エネルギィ準位）と、伝導帯エネルギィ（例えば、電子親和力）をもつ伝導帯（例えば、最低非被占エネルギィ準位）によって特徴づけられる。いくつかの場合、これらのデバイスの層は、スピンコーティング、スプレーキャスティング、インクジェット印刷、真空蒸着（例えば、スパッタリング、化学蒸着）、及び／又はその他の適切な蒸着技術を用いて被覆されている。いくつかの実施例では、ナノ粒子が一またはそれ以上の結合剤と混合されている。適切な結合剤の例には、限定するものではないが、１，２−エタンジチオール（ＥＤＴ）、１，２−ベンゼンジチオール（１，２−ＢＤＴ）、１，３−ベンゼンジチオール（１，３−ＢＤＴ）、１，４−ベンゼンジチオール（１，４−ＢＤＴ）、３−メルカプトプロピオン酸（ＭＰＡ）、１，２−エチレンジアミン（ＥＤＡ）、チオシアン酸アンモニウム（ＳＣＮ）、テトラブチルアンモニウムヨウ化物（ＴＢＡＩ）、テトラブチルアンモニウム臭化物（ＴＢＡＢｒ）、テトラブチルアンモニウム塩化物（ＴＢＡＣｌ）、及びテトラブチルアンモニウムフッ化物（ＴＢＡＦ）がある。
【００４６】
いくつかの実施例では、ＩＲ吸収デバイスがＩＲ光検出器である。ＩＲ光検出器は、一般的に、ＩＲ放射を吸収でき、応答（例えば、電流）を生成できるデバイスを意味する。いくつかの実施例では、ＩＲ光検出器が、アノードと、カソードと、本明細書に記載の単分散ナノ粒子を含むＩＲ吸収層をと具える。この単分散ナノ粒子は、ＩＲ放射を吸収し、電子−正孔対を生成できる。いくつかの実施例では、正孔が第１の方向（例えば、アノードに向けて）に移動し、電子が実質的に反対の第２の方向（例えば、カソードの方向）に移動する。所定の実施例では、単分散、ＩＲ吸収ナノ粒子層によって、特定の波長で放射を選択的に検出することができる。
【００４７】
いくつかの実施例では、ＩＲ光検出器は、標準的な、あるいは普通のアーキテクチャを有する。標準的なアーキテクチャを有するＩＲ光検出器の例示が図１に示されている。図１において、ＩＲ光検出器１００は、基板１０２、アノード１０４、選択的電子ブロック層１０６、単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層１０８、選択的正孔ブロック層１１０、及びカソード１１２を具える多層構造である。図１に示すように、アノード１０４は基板１０２に隣接した位置にあり、選択的な電子ブロック層１０６は、アノード１０４に隣接して配置されている。カソード１１２は、ＩＲ光検出器１００の反対側端部に位置しており、選択的正孔ブロック層１１０は、カソード１１２に隣接して配置されている。単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層１０８は、第１の側部にある選択的電子ブロック層１０６と、第２のほぼ反対側の側部にある選択的正孔ブロック層１１０の間に配置されている。ここで使用されているように、ある層が、別の層の「上に」、「頂部に」、あるいは「隣接して」いると記載されている場合、この層は、その別の層の直接上にあっても、頂部にあっても、隣接していてもよく、あるいは介在する層が存在していてもよい。別の層の「直接上にある」、「直接隣接している」又は「接触している」層とは、介在する層が存在しないことを意味する。同様に、二つの層の「間に」ある層は、二つの層の間に直接あり、介在層がないもの、あるいは、介在層があるものである。
【００４８】
動作中は、逆バイアス電圧が光検出器１００に印加される。ＩＲ放射が、基板１０２を介して光検出器１００に入り、アノード１０４と選択的電子ブロック層１０６を通過する。次いで、ＩＲ放射が単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層１０８中の電子を励起して、電子−正孔対（例えば、励起子）を生成する。この電子は、選択的正孔ブロック層１１０を通ってカソード１１２へ移動する一方で、正孔は、選択的電子ブロック層１０６を介してアノード１０４へ送られ、検出可能な光電流が生成される。
【００４９】
いくつかの実施例では、光検出器に印加された逆バイアス電圧は比較的低い。いくつかの場合、この逆バイアス電圧の大きさは、約１０Ｖ又はそれ以下、約５Ｖ又はそれ以下、約４Ｖ又はそれ以下、約３Ｖ又はそれ以下、約２Ｖ又はそれ以下、又は約１Ｖ又はそれ以下、である。いくつかの実施例では、この逆バイアス電圧の大きさは、約０Ｖないし約１Ｖ、約０Ｖないし約２Ｖ、約０Ｖないし約３Ｖ、約０Ｖないし約４Ｖ、約０Ｖないし約５Ｖ、約０Ｖないし約１０Ｖ、約１Ｖないし約２Ｖ、約１Ｖないし約３Ｖ、約１Ｖないし約４Ｖ、約１Ｖないし約５Ｖ、約１Ｖないし約１０Ｖ、約２Ｖないし約３Ｖ、約２Ｖないし約４Ｖ、約２Ｖないし約５Ｖ、約２Ｖないし約１０Ｖ、又は約５Ｖないし約１０Ｖ、の範囲である。
【００５０】
図１に示すように、ＩＲ光検出器１００は、選択的に正孔ブロック層１１０を具えている。正孔ブロック層（ＨＢＬ）は、一般的に、デバイスの２またはそれ以上の層間の正孔の移動を阻止する層を意味する。いくつかの場合、一の層から別の層への正孔の移動を阻止することは有利である。なぜなら、このような移動を阻止することで、暗電流（例えば、単分散ナノ粒子層によるＩＲ吸収がないデバイスを通って流れる電流）を低減することができるからである。例えば、暗電流の低減により、ＩＲ光検出器の性能特性を強化することができる。
【００５１】
いくつかの場合、逆バイアスの下で正孔ブロック層１１０が、カソード１１２から単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層１０８への正孔の移動を阻止することができる。なぜなら、カソード１１２の仕事関数と正孔ブロック層１１０の価電子帯エネルギィとの間には実質的に大きなギャップがあるからである。例えば、カソードの仕事関数と、正孔ブロック層の価電子帯エネルギィ間の差は、少なくとも約０．５ｅＶ、少なくとも約１ｅＶ、少なくとも約１．５ｅＶ、少なくとも約２ｅＶ、少なくとも約２．５ｅＶ、少なくとも約３ｅＶ、少なくとも約４ｅＶ、又は少なくとも約５ｅＶ、である。いくつかの場合、カソードの仕事関数と、正孔ブロック層の価電子帯エネルギィ間の差は、約０．５ｅＶ乃至約１ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約１．５ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約２ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約２．５ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約３ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約４ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約５ｅＶ、約１ｅＶ乃至約２ｅＶ、約１ｅＶ乃至約２．５ｅＶ、約１ｅＶ乃至約３ｅＶ、約１ｅＶ乃至約４ｅＶ、約１ｅＶ乃至約５ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約２．５ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約３ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約４ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約５ｅＶ、約２ｅＶ乃至約３ｅＶ、約２ｅＶ乃至約４ｅＶ、又は約２ｅＶ乃至約５ｅＶ、の範囲である。
【００５２】
いくつかの実施例では、正孔ブロック層の価電子帯エネルギィが比較的高い。例えば、正孔ブロック層の価電子帯エネルギィの大きさは、少なくとも約５ｅＶ、少なくとも約５．５ｅＶ、少なくとも約６ｅＶ、少なくとも約６．５ｅＶ、少なくとも約７ｅＶ、少なくとも約７．５ｅＶ、少なくとも約８ｅＶ、少なくとも約９ｅＶ、又は少なくとも約１０ｅＶ、である。いくつかの場合、正孔ブロック層の価電子帯エネルギィの大きさは、約５ｅＶ乃至約６ｅＶ、約５ｅＶ乃至約７ｅＶ、約５ｅＶ乃至約８ｅＶ、約５ｅＶ乃至約９ｅＶ、約５ｅＶ乃至約１０ｅＶ、約６ｅＶ乃至約７ｅＶ、約６ｅＶ乃至約８ｅＶ、約６ｅＶ乃至約９ｅＶ、約６ｅＶ乃至約１０ｅＶ、約７ｅＶ乃至約８ｅＶ、約７ｅＶ乃至約９ｅＶ、約７ｅＶ乃至約１０ｅＶ、約８ｅＶ乃至約９ｅＶ、約８ｅＶ乃至約１０ｅＶ、の範囲である。
【００５３】
所定の実施例では正孔ブロック層が有機材料を具える。このＨＢＬの適切な有機材料の非限定的な例には、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、ｐ−ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン（ＵＧＨ２）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、トリス−（８−ヒドロキシ  キノロン）アルミニウム（Ａｌｑ３）、３，５’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ベンゼン（ｍＣＰ）、Ｃ６０、及びトリス[３−（３−ピリジル）−メシチル]ボラン（３ＴＰＹＭＢ）がある。いくつかの実施例では、正孔ブロック層が、無機材料を具える。ＨＢＬの適切な無機材料の非限定的な例には、酸化鉛（ＺｎＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、一酸化シリコン（ＳｉＯ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）がある。所定の場合は、ＨＢＬがナノ粒子層を具える。
【００５４】
図１に示すように、ＩＲ光検出器１００は、選択的に電子ブロック層１０６を具える。電子ブロック層（ＥＢＬ）は、一般的に、デバイスの２またはそれ以上の層間の電子の移動を阻止する層を意味する。いくつかの場合、一の層から別の層への電子の移動を阻止することが有利である。なぜなら、このような移動を阻止することで、暗電流を低減することができるからである。上述した通り、暗電流の低減により、ＩＲ光検出器の所定の性能特性を有利に改善することができる。
【００５５】
いくつかの場合、逆バイアスの下で、ＥＢＬ１０６がアノード１０４から単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層１０８への電子の移動を阻止することができる。なぜなら、アノード１０４の仕事関数と電子ブロック層１０８の価電子帯エネルギィとの間には実質的に大きなギャップがあるからである。例えば、アノードの仕事関数と、電子ブロック層の価電子帯エネルギィ間の差は、少なくとも約０．５ｅＶ、少なくとも約１ｅＶ、少なくとも約１．５ｅＶ、少なくとも約２ｅＶ、少なくとも約２．５ｅＶ、少なくとも約３ｅＶ、少なくとも約４ｅＶ、又は少なくとも約５ｅＶ、である。いくつかの場合、アノードの仕事関数と、正孔ブロック層の価電子帯エネルギィ間の差は、約０．５ｅＶ乃至約１ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約１．５ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約２ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約２．５ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約３ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約４ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約５ｅＶ、約１ｅＶ乃至約２ｅＶ、約１ｅＶ乃至約２．５ｅＶ、約１ｅＶ乃至約３ｅＶ、約１ｅＶ乃至約４ｅＶ、約１ｅＶ乃至約５ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約２．５ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約３ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約４ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約５ｅＶ、約２ｅＶ乃至約３ｅＶ、約２ｅＶ乃至約４ｅＶ、又は約２ｅＶ乃至約５ｅＶ、の範囲である。
【００５６】
所定の実施例では、電子ブロック層の導伝帯エネルギィが比較的低い。例えば、電子ブロック層の導伝帯エネルギィの大きさは、少なくとも約３ｅＶ、少なくとも約２．５ｅＶ、少なくとも約２ｅＶ、少なくとも約１．５ｅＶ、少なくとも約１ｅＶ、又は少なくとも約０．５ｅＶ、である。いくつかの場合、電子ブロック層の導伝帯エネルギィの大きさは、約０．５ｅＶ乃至約１ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約１．５ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約２ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約２．５ｅＶ、約０．５ｅＶ乃至約３ｅＶ、約１ｅＶ乃至約１・５ｅＶ、約１ｅＶ乃至約２ｅＶ、約１ｅＶ乃至約２．５ｅＶ、約１ｅＶ乃至約３ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約２ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約２．５ｅＶ、約１．５ｅＶ乃至約３ｅＶ、約２ｅＶ乃至約２．５ｅＶ、約２．５ｅＶ乃至約３ｅＶ、の範囲である。
【００５７】
所定の実施例では電子ブロック層が有機材料を具える。このＥＢＬの適切な有機材料の非限定的な例には、１，１−ビス［（ジ−４−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’（２−ナフチル）−（１，１’−フェニル）−４，４’ジアミン（ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（ｍ−トリル）ベンジジン（ＴＰＤ）、ポリ（９，９−ジオクチル−フルオレン−ｃｏ−Ｎ−（４−ブチルフェニル）ジフェニルアミン）（ＴＰＢ）、ポリ−Ｎ，Ｎ’−ビス−４−ブチルフェニル−Ｎ，Ｎ−ビス−フェニルベンジジン（ポリ−ＴＰＤ）、及びポリスチレン−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ−ビス（４−ｎ−ブチルフェニル）−（１，１０−ビフェニル）−４，４−ジアミン−ペルフルオロシクロブタン（ＰＳ−ＴＰＤ−ＰＦＣＢ）がある。いくつかの実施例では、電子ブロック層は、無機材料を具える。ＥＢＬの適切な無機材料の非限定的な例には、ＮｉＯ及びＣｕＯがある。所定の場合は、ＥＢＬは、ナノ粒子層を具える。
【００５８】
図１に示すように、ＩＲ光検出器１００は、標準的な構造を有する。いくつかの実施例では、基板１０２がＩＲ放射を単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層１０８で検出するのに十分に透明である。基板１０２に適切な材料には、限定するものではないが、ガラス、プラスチック、及びクォーツがある。図１に示すように、アノード１０４は基板１０２に隣接して配置することができる。いくつかの場合、アノード１０４もＩＲ放射に対して透明である。アノードに適切な材料の非限定的な例には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム錫酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、その他の適切に透明な導電性酸化物、カーボンナノチューブ、シルバーナノワイヤ、及びこれらの組み合わせがある。図１はまた、ＩＲ光検出器１００がカソード１１２を具えていることを示す。カソード１１２はＩＲ放射に対して透明である必要はない。カソードに適した材料の例には、限定するものではないが、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ｃａ：Ｍｇ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、ＣｓＣＯ３／ＩＴＯ、Ｂａ／Ａｌ、及びこれらの組み合わせがある。いくつかの実施例では、カソードは高反射性である。
【００５９】
代替的に、いくつかの実施例では、ＩＲ光検出器が反転構造を有している（図示せず）。反転構造では、カソードが基板近傍に配置されている。したがって、反転構造を有するＩＲ光検出器では、カソードがＩＲ放射に対して透明である。このカソードに適切な非限定的な例には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、銀、及びこれらの組み合わせがある。逆に、アノードはＩＲ放射に対して透明である必要はない。アノードに適した非限定的な例には、上述したアノードの材料に加えて、金、銀、プラチナ、マグネシウム、カルシウム、及びこれらの組み合わせがある。
【００６０】
当業者は、アノード、カソード、正孔ブロック層、電子ブロック層、及びその他の層の適切な組み合わせを、これらの相対的仕事関数、価電子帯エネルギィ、導電体バンドエネルギィ、層の適合性、製造中に使用した所望の蒸着法の性質によって、容易に認識することができる。
【００６１】
いくつかの実施例では、本明細書に記載したＩＲ光検出器が、利点があると認識されている特性を有している。例えば、これらのＩＲ光検出器は、高い比検出能、及び／又は、高い外部量子効率（ＥＱＥ）を示す。比検出能は、一般的に、光検出器の感度に関する性能指数であり、式３を用いて表すことができる。
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ここで、Ｒは応答性（例えば、光学的入力についての光電流などの電気出力の測定）、Ａはデバイス面積、Ｂは帯域幅、Ｉｄは暗電流密度、ｑは素電荷（１．６×１０−１９Ｃ）、である。いくつかの実施例では、ＩＲ光検出器は、少なくとも約７００ｎｍ、少なくとも約１０００ｎｍ、少なくとも約１２００ｎｍ、少なくとも約１５００ｎｍ、少なくとも約１８００ｎｍ、少なくとも約２０００ｎｍ、少なくとも約２５００ｎｍ、又は少なくとも約３０００ｎｍの波長で、少なくとも約１×１０１０ジョーンズ、少なくとも約５×１０１０ジョーンズ、少なくとも約１×１０１１ジョーンズ、少なくとも約５×１０１１ジョーンズ、少なくとも約１×１０１２ジョーンズ、少なくとも約１．２×１０１２ジョーンズ、の比検出能を有する。
【００６２】
いくつかの実施例では、ＩＲ光検出器は比較的高い応答性を有する。所定の場合は、ＩＲ光検出器は、少なくとも約７００ｎｍ、少なくとも約１０００ｎｍ、少なくとも約１２００ｎｍ、少なくとも約１５００ｎｍ、少なくとも約１８００ｎｍ、少なくとも約２０００ｎｍ、少なくとも約２５００ｎｍ、又は少なくとも約３０００ｎｍの波長で、少なくとも約０．０５Ａ／Ｗ、少なくとも約０．１Ａ／Ｗ、少なくとも約０．１５Ａ／Ｗ、少なくとも約０．２０Ａ／Ｗ、あるいは少なくとも約０．２１Ａ／Ｗ、の応答性を有する。
【００６３】
いくつかの実施例では、ＩＲ光検出器は、比較的高い外部量子効率（ＥＱＥ）を有する。ＥＱＥは、一般的に、発生した自由電荷の数と光検出器に入射する光子の数の比を意味する。所定の場合は、ＩＲ光検出器は、少なくとも約７００ｎｍ、少なくとも約１０００ｎｍ、少なくとも約１２００ｎｍ、少なくとも約１５００ｎｍ、少なくとも約１８００ｎｍ、少なくとも約２０００ｎｍ、少なくとも約２５００ｎｍ、又は少なくとも約３０００ｎｍの波長で、少なくとも約１％、少なくとも約２％、少なくとも約５％、少なくとも約６％、少なくとも約７％、少なくとも約８％、少なくとも約９％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、のＥＱＥを有する。
【００６４】
いくつかの実施例では、ＩＲ光検出器の性能が比較的長期間空気中で安定している。所定の場合は、少なくとも約７００ｎｍ、少なくとも約１０００ｎｍ、少なくとも約１２００ｎｍ、少なくとも約１５００ｎｍ、少なくとも約１８００ｎｍ、少なくとも約２０００ｎｍ、少なくとも約２５００ｎｍ、又は少なくとも約３０００ｎｍの波長における光検出器の比検出能、応答性、及び／又はＥＱＥが、少なくとも約１日、少なくとも約１０日、少なくとも約３０日、少なくとも約６０日、少なくとも約９０日、少なくとも約１００日を超えて安定している（例えば、約２０％又はそれ以下、約１０％又はそれ以下、約５％又はそれ以下、又は約１％又はそれ以下、を超えない変化）。
【００６５】
いくつかの実施例では、ＩＲ吸収デバイスがＩＲアップコンバージョンデバイスである。ＩＲアップコンバージョンデバイスは、通常、第１の波長でＩＲ放射を吸収し、第２のより小さい波長（例えば、より高いエネルギィ）を有する放射を発することができるデバイスを意味する。例えば、ＩＲから可視光へのアップコンバージョンデバイスは、ＩＲ放射を吸収し、可視光を発する。いくつかの実施例では、このアップコンバージョンデバイスが、本明細書に記載の単分散ナノ粒子と、発光層を具えるＩＲ吸収層を具えている。所定の場合は、このアップコンバージョンデバイスが発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ））と一体化したＩＲ光検出器を具える。いくつかの実施例では、ＬＥＤが、発光層と、正孔トランスポート層（ＨＴＬ）と、電子トランスポート層（ＥＴＬ）を具える多層構造である。所定の実施例ではアップコンバージョンデバイスがさらに、正孔ブロック層（ＨＢＬ）及び／又は電子ブロック層（ＥＢＬ）を具える。
【００６６】
図２は、ＩＲアップコンバージョンデバイス２００を例示的に示す図である。ＩＲアップコンバージョンデバイス２００は、基板２０２、アノード２０４、選択的に正孔ブロック層２０６、単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層２０８、正孔トランスポート層２１０、発光層２１２、電子トランスポート層２１４、及びカソード２１６を具える。図２に示すように、アノード２０４は、基板２０２に隣接して配置されており、選択的な正孔ブロック層２０６は、アノード２０４に隣接して配置されている。単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層２０８の第１側部は、選択的正孔ブロック層２０６に隣接して配置されている。ナノ粒子層２０８の第２のほぼ反対側側部は、正孔トランスポート層２１０と電子トランスポート層２１４の間に位置する発光層２１２を有するＬＥＤ（例えば、ＯＬＥＤ）に隣接して配置されている。特に、ナノ粒子層２０８は、正孔トランスポート層２１０に隣接して配置してもよい。電子トランスポート層２１４は、カソード２１６に隣接して配置されている。
【００６７】
動作中は、アノード２０４とカソード２１６の間に電位が印加される。基板２０２に入射するＩＲ放射は、アノード２０４と選択的正孔ブロック層２０６を通過して、単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層２０８へ届き、電子−正孔対を生じる。正孔は、正孔トランスポート層２１０を通って発光層２１２へ送られ、そこでカソード２１６から注入され、電子トランスポート層２１４を通過する電子と組み合わされる。正孔と電子が組み合わされると、発光層２１２が可視光を出す。
【００６８】
図２に示すように、ＩＲアップコンバージョンデバイス２００は、発光層２１２を具える。いくつかの実施例では、この発光層は可視光を発する（例えば、波長約４００ｎｍ乃至７００ｎｍの電磁放射）。発光層は、可視光スペクトルのどの部分でも光を発することができる（例えば、ほぼ赤色孔、ほぼ緑色光、ほぼ青色光）。発光層の適切な材料の非限定的な例には、Ａｌｑ３；ｆａｃ−トリス（２−フェニルピリジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（“Ｉｒ（ｐｐｙ）３”）；イリジウム（ＩＩＩ）ビス［（４，６−）ジ−フルオロフェニル−ピリジネート−Ｎ、Ｃ２’］ピコリネート（“ＦＩｒｐｉｃ”）；トリス（２−フェニルイソキノリン）イリジウム（“Ｉｒ（ｐｉｑ）３”）をドープした３，５’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ベンゼン（“ｍＣＰ”）；Ｉｒ（ｐｐｙ）３をドープしたｍＣＰ；ｍＣＰ；ＦＩｒｐｉｃ；トラ−（２−フェニルピリジン）イリジウム；及びポリ−［２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）フェニレンビニレン］（“ＭＥＨ−ＰＰＶ”）がある。
【００６９】
いくつかの実施例では、ＩＲアップコンバージョンデバイス２００が、正孔トランスポート層（ＨＴＬ）２１０を具える。正孔トランスポート層（ＨＴＬ）は、通常、デバイスの２またはそれ以上の層の間の正孔トランスポートを容易にする層を意味する。いくつかの実施例では、ＨＴＬが有機材料を具える。ＨＴＬの適切な有機材料の非限定的な例には、１，１−ビス［（ジ−４−トリラミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’（２−ナフチル）−（１，１’−フェニル）−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）、及びＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（ｍ−トリル）ベンジジン（ＴＰＤ）がある。
【００７０】
いくつかの場合、ＨＴＬ２１０は、単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層２０８から発光層２１２への正孔の移動を容易にしている。ＨＴＬ２１０は、ＨＴＬ２１０の価電子帯エネルギィが、単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層２０８の価電子帯エネルギィとほぼ同じであるため、単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層２０８の正孔の移動を容易にする。例えば、所定の実施例ではＨＴＬ２１０の価電子帯エネルギィと単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層２０８の価電子帯エネルギィの差が、約１ｅＶ又はそれ以下、約０．８ｅＶ又はそれ以下、約０．６ｅＶ又はそれ以下、約０．５ｅＶ又はそれ以下、約０．４ｅＶ又はそれ以下、約０．３ｅＶ又はそれ以下、約０．２５ｅＶ又はそれ以下、約０．２ｅＶ又はそれ以下、約０．１５ｅＶ又はそれ以下、約０．１ｅＶ又はそれ以下、又は約０．０５ｅＶ又はそれ以下、である。いくつかの場合、ＨＴＬ２１０の価電子帯エネルギィと単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層２０８の価電子帯エネルギィの差が、約０．０５ｅＶないし約０．１ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．２ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．５ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約１ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．２ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．５ｅＶ、約０．１ｅＶないし約１ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．５ｅＶ、又は約０．２ｅＶないし約１ｅＶ、の範囲である。
【００７１】
いくつかの場合、正孔トランスポート層２１０は、ＨＴＬ２１０の価電子帯エネルギィが、発光層２１２の価電子帯エネルギィとほぼ同じであるため、発光層２１２への正孔の移動を容易にする。例えば、ＨＴＬ２１０の価電子帯エネルギィと発光層２１２の価電子帯エネルギィの差が、約１ｅＶ又はそれ以下、約０．８ｅＶ又はそれ以下、約０．６ｅＶ又はそれ以下、約０．５ｅＶ又はそれ以下、約０．４ｅＶ又はそれ以下、約０．３ｅＶ又はそれ以下、約０．２５ｅＶ又はそれ以下、約０．２ｅＶ又はそれ以下、約０．１５ｅＶ又はそれ以下、約０．１ｅＶ又はそれ以下、又は約０．０５ｅＶ又はそれ以下、である。いくつかの場合、ＨＴＬ２１０の価電子帯エネルギィと発光層２１２の価電子帯エネルギィの差が、約０．０５ｅＶないし約０．１ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．２ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．５ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約１ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．２ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．５ｅＶ、約０．１ｅＶないし約１ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．５ｅＶ、又は約０．２ｅＶないし約１ｅＶ、の範囲である。
【００７２】
いくつかの実施例では、ＩＲアップコンバージョンデバイス２００が、電子トランスポート層（ＥＴＬ）２１４を具える。電子トランスポート層は、通常、デバイスの２又はそれ以上の間の電子の移動を容易にする層を意味する。いくつかの実施例では、ＥＴＬが有機材料を具える。適切な有機材料の非限定的な例には、トリス［３−（３−ピリジル）−メシチル］ボラン（３ＴＰＹＭＢ），２，９−ジメチル−４，７−ジフェニルー１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ），４，７−ジフェニルー１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ），及びトリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）がある。
【００７３】
いくつかの場合、ＥＴＬ２１４は、カソード２１６から発光層２１２への電子の移動を容易にする。ＥＴＬ２１４は、ＥＴＬ２１４の導伝帯エネルギィが、カソード２１６の仕事関数とほぼ同じであるため、カソード２１６からの電子の移動を容易にする。例えば、カソード２１６の仕事関数とＥＴＬ２１４の導伝帯エネルギィの差は、約１ｅＶ又はそれ以下、約０．８ｅＶ又はそれ以下、約０．６ｅＶ又はそれ以下、約０．５ｅＶ又はそれ以下、約０．４ｅＶ又はそれ以下、約０．３ｅＶ又はそれ以下、約０．２５ｅＶ又はそれ以下、約０．２ｅＶ又はそれ以下、約０．１５ｅＶ又はそれ以下、約０．１ｅＶ又はそれ以下、又は約０．０５ｅＶ又はそれ以下、である。いくつかの場合、カソード２１６の仕事関数とＥＴＬ２１０の導伝帯エネルギィの差が、約０．０５ｅＶないし約０．１ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．２ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．５ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約１ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．２ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．５ｅＶ、約０．１ｅＶないし約１ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．５ｅＶ、又は約０．２ｅＶないし約１ｅＶ、の範囲である。
【００７４】
いくつかの実施例では、ＥＴＬ２１４は、ＥＴＬ２１４の導伝帯エネルギィが、発光層２１２の導伝帯エネルギィとほぼ同じであるため、発光層２１２への電子の移動を容易にする。例えば、所定の場合、発光層２１２の導伝帯エネルギィとＥＴＬ２１４の導伝帯エネルギィの差が、約１ｅＶ又はそれ以下、約０．８ｅＶ又はそれ以下、約０．６ｅＶ又はそれ以下、約０．５ｅＶ又はそれ以下、約０．４ｅＶ又はそれ以下、約０．３ｅＶ又はそれ以下、約０．２５ｅＶ又はそれ以下、約０．２ｅＶ又はそれ以下、約０．１５ｅＶ又はそれ以下、約０．１ｅＶ又はそれ以下、又は約０．０５ｅＶ又はそれ以下、である。いくつかの場合、発光層２１２の導伝帯エネルギィとＥＴＬ２１４の導伝帯エネルギィの差が、約０．０５ｅＶないし約０．１ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．２ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約０．５ｅＶ、約０．０５ｅＶないし約１ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．２ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．１ｅＶないし約０．５ｅＶ、約０．１ｅＶないし約１ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．３ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．４ｅＶ、約０．２ｅＶないし約０．５ｅＶ、又は約０．２ｅＶないし約１ｅＶ、の範囲である。
【００７５】
いくつかの実施例では、ＩＲアップコンバージョンデバイスがさらに、アノードと、カソードと、正孔ブロック層と、電子ブロック層と、及び／又は基板を具えている。当業者は、上述した開示に基づいて各層に適した材料を認識することが可能であろう。さらに、図２は標準的な構造のＩＲアップコンバージョンデバイス２００を示しているが、ＩＲアップコンバージョンデバイスは、これに代えて、カソードが基板に隣接して配置されている逆の構造を有していてもよい。
【００７６】
いくつかの実施例では、ＩＲ吸収デバイスがＩＲ太陽電池（例えば、ＩＲ起電性電池）である。ＩＲ太陽電池は、一般的に、ＩＲ放射を吸収できて（例えば、太陽から放射されたＩＲ放射）、電気を発生できるデバイスを意味する。いくつかの実施例では、ＩＲ太陽電池は、アノードと、カソードと、本明細書で述べた単分散ナノ粒子を含むＩＲ吸収層を具える。更に、ＩＲ太陽電池は、電子抽出層及び／又は正孔抽出層を具えていてもよい。
【００７７】
図３は、ＩＲ太陽電池３００の例示的な図を示す。図３に示すように、ＩＲ太陽電池３００は、基板３０２と、アノード３０４と、選択的に正孔抽出層３０６と、単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層３０８と、選択的に電子抽出層３１０と、カソード３１２とを具える。図３に示すように、アノード３０４は、基板３０２に隣接して配置されており、選択的正孔抽出層３０６は、アノード３０４に隣接して配置されている。カソード３１２は、ＩＲ太陽電池３００の反対側端部に配置されており、選択的電子抽出層３１０は、カソード３１２に隣接して配置されている。単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層３０８は、第１側部上の選択的正孔抽出層３０６と、ほぼ反対側の第２側部上の選択的電子抽出層３１０の間に配置されている。
【００７８】
ＩＲ太陽電池３００は、順方向バイアス電圧で、あるいは外部バイアスがない状態で作動する。動作中は、ＩＲ放射は、基板３０２を通ってＩＲ太陽電池３００へ入射し、アノード３０４と選択的正孔抽出層３０６を通過する。ＩＲ放射線は、次いで、単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層３０８の電子を励起して、電子−正孔対をつくる。正孔は、選択的正孔を通ってアノード３０４に運ばれ、電子は、選択的電子抽出層３１０を通ってカソード３１２へ運ばれて電流を生成する。
【００７９】
いくつかの実施例では、ＩＲ太陽電池が正孔抽出層を具えている。例えば、ＩＲ太陽電池３００において、正孔抽出層３０６は単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層３０８からアノード３０４への正孔の移動を容易にする。所定の実施例では、正孔抽出層が高ｎ型材料を具える。ｎ型材料は、一般的に、正孔より高濃度の電子を有する材料である（例えば、フェルミレベルが、価電子帯より導伝帯に近いところにある）。いくつかの場合、正孔抽出層が大きな仕事関数を有している（例えば、アノード３０４の仕事関数とほぼ同じ仕事関数）。正孔抽出層に適した材料の非限定的な例には、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化タングステン（ＷＯ３）、及び酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）がある。
【００８０】
いくつかの実施例では、ＩＲ太陽電池が電子抽出層を具えている。例えば、ＩＲ太陽電池３００において、電子抽出層３１０は単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層３０８からカソード３１２への電子の移動を容易にする。電子抽出層に適した材料の例には、限定するものではないが、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）、錫酸亜鉛（ＺＴＯ）、及び酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）がある。
【００８１】
いくつかの実施例では、ＩＲアップコンバージョンデバイスがさらに、アノード、カソード、及び／又は基板を具える。当業者は、上述の開示に基づいて、各層に適した材料を認識することができる。さらに、図３は標準的な構造のＩＲ太陽電池３００を示しているが、ＩＲ太陽電池はこれに代えて、カソードが基板に隣接して配置されている逆の構造を有していてもよい。
【００８２】
いくつかの実施例では、本明細書に記載したＩＲ太陽電池が利点があると認識されている特性を有している。例えば、単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層は、電荷抽出を強化することができる。したがって、本明細書に記載したＩＲ太陽電池は、比較的高い光電流効率（ＰＣＥ）を示す。ＰＣＥは、一般的に、吸収した光子の数に対する発生した電荷キャリアの数の比である。いくつかの実施例では、ＩＲ太陽電池は、少なくとも約７００ｎｍ、少なくとも約１０００ｎｍ、少なくとも約１２００ｎｍ、少なくとも約１５００ｎｍ、少なくとも約１８００ｎｍ、少なくとも約２０００ｎｍ、少なくとも約２５００ｎｍ、又は少なくとも約３０００ｎｍ、の波長で、少なくとも約１％、少なくとも約２％、少なくとも約３％、少なくとも約４％、少なくとも約５％、少なくとも約６％、少なくとも約７％、少なくとも約８％、少なくとも約９％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、の光電流効率を有する。
【００８３】
いくつかの実施例では、太陽電池パネルが、複数のＩＲ太陽電池を具え、このＩＲ太陽電池の少なくとも一部が単分散ＩＲ吸収ナノ粒子層を具える。所定の実施例では、この太陽電池パネルは、第１の波長でＩＲ放射線を吸収できる少なくとも一のＩＲ太陽電池と、異なる第２の波長でＩＲ放射線を吸収できる少なくとも一のＩＲ太陽電池を具える。この太陽電池パネルは、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも５０、又は少なくとも１００、のＩＲ太陽電池を具えていてもよい。
【００８４】
いくつかの場合、本明細書に記載したデバイスは比較的薄型である。例えば、所定の実施例では、デバイスの厚さが、約１μｍ又はそれ以下、約５００ｎｍ又はそれ以下、約２００ｎｍ又はそれ以下、約１００ｎｍ又はそれ以下、約５０ｎｍ又はそれ以下、又は少なくとも１０ｎｍ又はそれ以下である。いくつかの場合、このデバイスの厚さは、約１０ｎｍ乃至約５０ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約２００ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約５００ｎｍ、約１０ｎｍ乃至約１μｍ、約５０ｎｍ乃至約１００ｎｍ、約５０ｎｍ乃至約２００ｎｍ、約５０ｎｍ乃至約５００ｎｍ、約５０ｎｍ乃至約１μｍ、約１００ｎｍ乃至約２００ｎｍ、約１００ｎｍ乃至約５００ｎｍ、約１００ｎｍ乃至約１μｍ、又は約５００ｎｍ乃至約１μｍ、の範囲である。
【００８５】
実験例１
この実験例は、単分散ＰｂＳナノクリスタル（ＮＣｓ）の製造と特性について述べている。
【００８６】
吸収ピークが２０００ｎｍを超える高単分散Ｐｂｓナノクリスタル（ＮＣｓ）を頻回注入法で合成した。単分散ＮＣｓを合成するために、頻回注入を行う間に前駆体のモル比を制御することによって成長プロセスの間の核形成を抑制した。従来の方法に比べて、ＮＣｓが、より低い成長温度（１０５℃）でより短い成長時間（３０分）で合成された。
【００８７】
まず、最初の注入の間の前駆体のモル比効果を調べた。図４に示すように、鉛対硫黄（Ｐｂ：Ｓ）の比率は２：１から８：１に変化し、吸収スペクトルを取得した。鉛対硫黄の比率が上がると、ピークがより大きな波長にシフトすることが分かった。例えば、Ｐｂ：Ｓ比が２：１では約１０００ｎｍでピークが生じるのに対して、Ｐｂ：Ｓ比が８：１では、約１６００ｎｍでピークが生じることが分かった。したがって、これは、Ｐｂ対Ｓの比率が高くなると、単分散ＮＣｓが、１０００ｎｍを超える波長で放射線を非常に良く吸収できることを示した。特別な理論に縛られることなく、このことは、形成された初期の核の数を制御する最初の注入で前駆体の比率に応じて生じた。前駆体溶液中のほとんどの硫黄モノマが初期核形成期間中に消費されたのであれば、さらなる成長を開始するのには硫黄前駆体モノマが不十分であった。これに代えて、核形成が止まり、存在する核の均一な成長が始まり、より長い波長の放射線を吸収するより大きいＮＣｓができた。
【００８８】
ＮＣｓの最終的なサイズは、最初の核形成の後に残ったモノマに影響された。生長期間を延ばし、ＮＣｓの最終的なサイズを大きくするために、頻回注入法が開発された。上述した第１回目の注入の後、追加のモノマを注入して、硫黄濃度を核形成のスレッシュホールド濃度以下に維持した。この結果、追加の硫黄モノマは、更なる核形成を生じることなく存在するＮＣｓの成長のためにだけ使用され、径が１０ｎｍより大きいＰｂＳ  ＮＣｓが成長した。図５Ａは、１回の注入、２回の注入、３回の注入、及び４回の注入後のＰｂＳ  ＮＣｓの吸収スペクトルを示す。図５Ａから、最初の注入後は１２００ｎｍでピークが生じ、２回目の注入後は１４００ｎｍでピークが生じ、３回目の注入後は１５００ｎｍでピークが生じ、４回目の注入後は１６００ｎｍでピークが生じたことが分かった。このことは、更なる注入により、ＰｂＳ  ＮＣｓのサイズが大きくなり、より大きい波長の放射線を吸収することを示している。これは、さらに、ビス（トリメチルシリル）スルフィド（ＴＭＳ）の注入回数を増やし、これに付随して量子ドットの量を増やすことによって、高くなった波長で放射線を吸収することを示す図５Ｂからも見ることができる。図５Ａの光学的吸収スペクトルも、ＰｂＳ  ＮＣｓの単分散性を示している。
【００８９】
最初の核形成と成長を良好に制御することによって、吸収ピークが２０００ｎｍを超える大きなＰｂＳ  ＮＣｓが成長した。図６Ａにテトラクロロエチレン（ＴＣＥ）中のサイズの異なるＰｂＳ  ＮＣｓの吸収スペクトルを示す。図６Ａに示すように、頻回注入法によって合成したＰｂＳ  ＮＣｓは、約１．３６ｅＶ（９１３ｎｍ）から約０．５９ｅＶ（２０８５ｎｍ）に変化した。低温で合成したＮＣｓのサイズ分布が、高温で合成したＮＣｓのサイズ分布より狭いことが観察された。図６Ｂも、ビス（トリメチルシリル）スルフィド（ＴＭＳ）の注入回数が増えると、量子ドットの量が増え、吸収された放射線の波長がより長いこと示している。
【００９０】
本例で述べた方法を用いたＰｂＳ  ＮＣｓ合成の再現性を立証した。図７は、３つの異なるバッチで合成したＰｂＳ  ＮＣｓについての吸収スペクトルのプロットを示す。この吸収スペクトルはすべて同じ位置にピークを示すことが分かった。このことは、ＮＣｓの合成の再現性が非常に高く、ＮＣｓがデバイスアプリケーションに適していることを立証した。
【００９１】
頻回注入法によって合成した単分散ＰｂＳ  ＮＣｓを用いて光検出器を作成した。この光検出器は、ＩＴＯ電極と、ＺｎＯ正孔ブロック層と、ＰｂＳ量子ドット層と、ＮＰＢを含む正孔トランスポート層と、ＭｏＯ３層を具える。この光検出器は、ＩＲ応答が２０００ｎｍを超えることが分かった。図８Ａは、この光検出器に使用したＰｂＳ  ＮＣｓの吸収スペクトルを示す。光検出器のエネルギィバンド構造を図８Ａに示す。１８００ｎｍでＩＲを照射した光感応が立証され、１８００ｎｍでの外部量子効率は６．５％であった。１８００ｎｍでの検出能は１×１０１１ジョーンズであった。１９５０ｎｍでのＩＲ照射における光感応も明らかに立証された。図８Ｂは、暗状態で、１９５０ｎｍのピーク波長でＩＲ照射した時の、光検出器の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示す。
【００９２】
実験例２
この実験例は、大きな単分散ＰｂＳ  ＮＣｓの合成と、多重スペクトル光検出器におけるＮＣｓの使用について述べている。
【００９３】
可視光及び赤外線（ＩＲ）光検出器は、光通信、撮像、セキュリティ、測距、及び家庭用電化製品において広く使用されている。シリコン（Ｓｉ）光検出器は、可視光及び近赤外線領域では非常に良好であるが、一般的に感度が１０００ｎｍに及ばず低い。短波ＩＲ（ＳＷＩＲ）波長領域（最大１７００ｎｍ）で検出を行うには、ＩｎＧａＡｓ光検出器が一般的に使用されている。しかしながら、ＩｎＧａＡｓ画像センサは、これらの材料を成長させるのにエピタキシャル工程を用いるため高価であり、また、これらはＮＩＲ及びＳＷＩＲスペクトル領域にのみ使用可能である。３５０ｎｍ乃至２０００ｎｍで良好な波長感度を有する多重スペクトルセンサが望ましい。
【００９４】
感光性、バンドギャップ同調性、及び溶液処理可能性に優れたＰｂｓナノクリスタル（ＮＣｓ）は、ＵＶ／可視光からＳＷＩＲ（３５０−２０００ｎｍ）のスペクトル領域の光感受性を持つ低コストで多重スペクトルの光検出器に対して良好なプラットフォームを提供する。しかしながら、ＩＲ感作層としてＰｂＳ  ＮＣｓを使用しているデバイスについて数多くの報告がなされているが、ほとんどのＰｂＳ  ＮＣｓデバイスは、大きなＰｂＳ  ＮＣｓの合成に関する課題があるため、ＩＲ感度が１３００ｎｍに及ばず制限されていた。例えば、吸収ピークが２０００ｎｍのＰｂＳ  ＮＣｓは、図９に示すように、１２００ｎｍの吸収ピークを持つＮＣｓの体積の７倍の体積を有しており、したがって、ＮＣｓの有意な体積増加が必要である。大きなサイズのＮＣｓを合成するには、通常、高い成長温度と長い成長時間が用いられており、核形成が制御不可能であり、成長中のオストワルド熟成のために、欠陥密度が高く、粒子サイズが大きい分散となる。例えば、ある研究では、直径が９．６ｎｍより大きく、吸収ピークが２０００ｎｍより長いＰｂＳ  ＮＣｓを合成した。しかしながら、これらの大きなＮＣｓは、１２０分以上の成長時間と、１６０℃以上の高い成長温度で合成されており、これによって、サイズ分散が２０％を超えていた。広く分散したＰｂＳ  ＮＣｓのエネルギィ論により、これらはデバイス中に電荷トラップを引き起こし、電荷抽出（charge extraction）が良くなかった。
【００９５】
この実験例では、分子サイズが８．２ｎｍより大きい高単分散（約４％より低い）ＰｂＳ  ＮＣｓを用いて、感光度が３５０ｎｍから２０００ｎｍの、溶液処理を行った無機ＵＶ−可視光−ＳＷＩＲ光検出器を制作した。この感光度は、吸収ピーク１８００ｎｍに対応する。単分散ＮＣｓは、低い成長温度（１００℃）で、短い成長時間（５０分以下）、硫黄前駆体の頻回注入によって合成した。高い分散性で、容易なサイズコントロールを達成するために、核形成から切り離し、酸化鉛（ＰｂＯ）のモル比を、鉛前駆体と、硫黄前駆体としてのビス（トリメチルシリル）スルフィド［（（ＣＨ３）３Ｓｉ）２Ｓ］（ＴＭＳともいう）と同じに制御することによって、この成長プロセスを行った。最初の核形成は、ビス（トリメチルシリル）スルフィドの最初の注入によって制御して、ＮＣｓの成長は続いて行ったビス（トリメチルシリル）スルフィドの頻回注入によって達成した。この方法により、粒子サイズを良好に制御したＰｂＳ  ＮＣｓ合成が可能となり、より長い波長で良く制御された吸収ピークと再現性の高い成長を行うことができた。さらに、これらのＮＣｓは非常に安定しており、結果としてのデバイスは、カプセル化をしなくても、非常に良好な安定性を示した。
【００９６】
熱注入法をＰｂＳ  ＮＣ合成用に応用して、硫黄前駆体溶液（オクタデセンに溶解させたビス（トリメチルシリル）スルフィド）を、一定のＡｒ流の下で、激しく攪拌しつつ鉛前駆体溶液（オクタデセンとオレイン酸の混合液に溶解させたＰｂＯ）に急速注入した。以前の熱注入によるＰｂＳ  ＮＣ合成では、核形成プロセスと成長プロセスを切り離すことができず、より大きなＮＣｓを成長させるにはオストワルド熟成を要し、その結果大きなサイズの分散が生じていた。核形成から成長プロセスを切り離すために、ＰｂＳ  ＮＣｓに対する頻回注入法が開発された。核形成のための最初の硫黄モノマの注入を行ったのち、直径９．６ｎｍを超えるＰｂＳ  ＮＣｓの成長に十分なモノマの追加の注入を行った。追加の注入サイクルにおいて粒子サイズの大きな分散を避けるために、鉛前駆体を、オレイン酸（ＯＡ）やオクタデセン（ＯＤＥ）などの非配位性溶媒に溶かして、ＮＣｓの合成中にオストワルド熟成がないようにした。これによって、粒子の粗大化と粒子サイズの分散が抑制された。図１０に示すように、この戦略によって、初期の成長が良好に制御され、６分ないし６０分の反応時間の最初の注入の間に成長したシードＮＣｓが同じ吸収ピークを有するようになった。
【００９７】
ＮＣｓを成長させる（すなわち、サイズを大きくする）ために、ビス（トリメチルシリル）スルフィドの頻回注入法を図１１に示すように行った。硫黄前駆体濃度が核形成スレッシュホールドを超えると核形成が始まり、この濃度がスレッシュホールドより下がると停止した。適用した戦略は、続いて行う注入の間、硫黄濃度を核形成スレッシュホールドより低く制御して、更なる核形成が行われることなく、追加の硫黄前駆体のみがＮＣｓの成長に寄与するようにした。したがって、最終的なＮＣサイズは、続いて行う注入の間に加えた硫黄前駆体の量によって決まる。この方法を用いて、直径が９ｎｍより大きい良好な単分散ＮＣｓを、着実に成長させた。図１２は、１−９ビス（トリメチルシリル）スルフィドの注入で合成したＰｂＳ  ＮＣｓの吸収スペクトルを示しており、非常に良く制御されたＮＣサイズを示す。順次行ったすべてのビス（トリメチルシリル）スルフィド注入のみがＮＣの成長に寄与したことを示すために、図１３に、注入した硫黄前駆体の量への、合成したＮＣｓの量の依存性を示す。図１３において、合成したＮＣｓの量は、追加で注入した硫黄前駆体の量に勾配１に示すように比例しており、追加した硫黄前駆体の注入が成長のみに用いられたことを示している。
【００９８】
この核形成と成長の良好なコントロールによって、吸収ピークが２０００ｎｍの大きなＰｂＳ  ＮＣｓを合成することができた。図１４は、３．９ｎｍから９．６ｎｍのサイズの異なるＰｂＳ  ＮＣｓの吸収スペクトルを示す。これは、それぞれ、９２０ｎｍから２０００ｎｍの吸収ピーク波長に対応する。頻回注入法によって、粒子サイズが９．６ｎｍより大きい良好な単分散サイズ分布にさえなる。図１５に示すように、大きいサイズのＮＣを伴うサイズ分散は増えておらず、ＮＣサイズ分散の値は６％以下である。頻回注入法を用いたＰｂＳ  ＮＣ合成の再現性も確認した。個別に行った３つのＰｂＳ  ＮＣｓ合成は、ＮＣサイズと分散が同じであり、バッチ−バッチ間の変動は非常に小さかった。この良好な再現性は、これらのＮＣｓがデバイス作成に対して適切であることを示した。
【００９９】
頻回注入法を介して合成した高単分散ＮＣｓを用いて、電子トランスポート層／正孔ブロック層（ＥＴＬ／ＨＢＬ）としてのコロイド状ＺｎＯナノ粒子と、正孔トランスポート層／電子ブロック層（ＨＴＬ／ＥＢＬ）としての溶液由来ＮｉＯに挟まれた高単分散ＮＣｓの層を有する多重スペクトル光検出器を作成した。これは、ＰｂＳ  ＮＣｓ光活性層の狭いバンドギャップにもかかわらず、低い暗電流を持つＰ−Ｉ−Ｎ状光ダイオード構造を形成した。図１６は、この光検出器に用いたＰｂＳ  ＮＣｓの吸収スペクトルを示す図であり、図１６の差し込み図は、ＰｂＳ  ＮＣｓが高単分散していることを確認するＮＣｓの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を示す。図１７は、暗い状態で、電力密度１４０μＷ／ｃｍ２で、λ＝１８００ｎｍでのＩＲ照射下における光ダイオードの電流−電圧（Ｊ−Ｖ）特性を示す。光検出器の図に示すエネルギィバンドギャップが、図１７の差し込み図に示されている。
【０１００】
光検出器は、整流比が約１×１０３（±０．５Ｖ）で、ダイオードの典型的な整流特性を示す。この光ダイオードは、０Ｖで４×１０−６ｍＡ／ｃｍ２、及び−１Ｖで２×１０−３ｍＡ／ｃｍ２と、低い暗電流を示した。図１８は、０Ｖ及び−０．５Ｖでの応答性スペクトルを示す。この応答性スペクトルは、ＰｂＳ  ＮＣｓの吸収スペクトルと同様であり、１８００ｎｍのピーク波長を示した。−０．５Ｖの逆バイアスにおける応答性の値は、０．０５−０．２１Ａ／Ｗであり、これは１−５０％の外部量子効率に対応し、３５０ｎｍ乃至２０００ｎｍの全波長を超えている。吸収極大１８００において、応答性は０．２１Ａ／Ｗの値に達した。これらの応答性の値は、商業的に入手可能な光ダイオードについて報告されている値と同じオーダであった。光検出器の性能指数は、比検出能（Ｄ＊）であり、これは、式４によって計算できる。
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ここで、Ａは検出器のｃｍ２での面積であり、ΔｆはＨｚでの帯域幅、Ｒは対応するＡ／Ｗでの応答性、及びｉｎは、Ａでのノイズ電流である。ノイズ電流と応答性の測定値、大きなＰｂＳ  ＮＣｓを伴う多重スペクトル光検出器の検出性スペクトルを取得した。ＰｂＳ  ＮＣデバイス（及び、比較用のＩｎＧａＡｓデバイス）の検出性スペクトルを図１９に示す。ＰｂＳ  ＮＣデバイスの検出性スペクトルは、ＰｂＳ  ＮＣデバイスの吸収スペクトルと同様であり、１８００ｎｍのピーク波長を示した。ＰｂＳ  ＮＣデバイスの検出性値は、３５０ｎｍ乃至２０００ｎｍのＵＶ−可視光−ＳＷＩＲ波長についての１×１０１１ジョーンズを超えており、最大検出性値は、大きなＰｂＳ  ＮＣｓの狭いバンドギャップにもかかわらず、ピーク波長１８００ｎｍで１．２×１０１２ジョーンズであった。
【０１０１】
デバイス性能に関するＮＣ分散効果をさらに調べるために、ＰｂＳ  ＮＣｓの異なる混合物を用いて以下の光検出器を作成した。デバイス１は、吸収ピークが１４７０ｎｍと１８００ｎｍのＰｂＳ  ＮＣｓの混合物を具え、デバイス２は、吸収ピークが１３２０ｎｍと１８００ｎｍのＰｂＳ  ＮＣｓの混合物を具え、デバイス３は、吸収ピーク１８００ｎｍの単分散ＮＣｓでできており、参照として使用した。サイズの異なるＰｂＳ  ＮＣｓの吸収スペクトルを図２０に示す。図２１Ａは、−０．５Ｖの逆バイアスでのデバイス１、２及び３の応答性スペクトルを示し、図２１Ｂに、−０．５Ｖの逆バイアスでのデバイス１、２及び３の検出性スペクトルを示す。デバイス１及び２の応答性と検出性では、サイズの異なる二つのＰｂＳ  ＮＣｓの混合物に対応する二つの吸収ピークがあった。ピーク波長１８００ｎｍにおけるデバイス１及び２の応答性値は、それぞれ、基準デバイス（デバイス３）についての対応する値の４０％と２７％であり、混合ＮＣｓを伴うデバイス中の光生成電荷キャリア抽出が、ＮＣｓの多分散性によって抑制されていることを示している。この結果、ピーク波長１８００ｎｍにおけるデバイス１及び２の検出性値は、それぞれ、デバイス３の対応する値の４３％と３６％であった。さらに、デバイス２は、デバイス１より低い応答性と検出性を示し、これは、より大きな分散性によって、ＰｂＳ  ＮＣ層により強い電荷トラップが生じるこをと示している。したがって、これらのデータは、最適なデバイス性能を得るためには、単分散性のＮＣｓが重要であることを示している。
【０１０２】
光検出器の時間的応答性を特徴づけるために、パルス式発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を用いて応答のデバイス速度を測定した。図２２に示すように、立ち上がり時間は１１．０±０．４μｓであり、下降時間（回復時間）は１５．０±０．６μｓであった。対応する帯域幅は１０ｋＨｚを超えており、これは、撮像アプリケーションには十分である。図２３は、３次にわたる電力強度光応答の直線性を示す。
【０１０３】
図２４に示すように、光検出器の保存性も測定した。３カ月の試験期間中に、封入していないデバイスを周囲環境で保存した。保存した最初の数日間に、実際のところデバイス性能は若干改良され、次いで、デバイスは全試験期間中安定性を維持した。デバイス性能の初期の改善は、ＺｎＯとＮｉＯを含む電荷ブロック層を伴う溶液処理した酸化物にも報告されている。大気の安定性データは、これらの溶液処理を行ったＵＶ−可視光−ＳＷＩＲ  Ｐｂｓ  ＮＣベースの光検出器が非常に安定であることを示している。
【０１０４】
結論として、光感度が３５０ｎｍ乃至２０００ｎｍの溶液処理を行った無機ＵＶ−可視光−ＳＷＩＲ光検出器を、分散サイズが非常に小さい（６％より小さい）高単分散の大きなＰｂｓ  ＮＣｓを用いて作成した。これらの高単分散の大きなＰｂｓ  ＮＣｓは、硫黄前駆体溶液の頻回注入によって合成され、成長中に新たに核形成を開始することなく成長した。この方法により、Ｐｂｓ  ＮＣｓは、粒子サイズを良好に制御して合成され、長い波長で良好に規定された吸収ピークを示した。これらの高単分散の大きなＰｂｓ  ＮＣｓで製造したＵＶ−可視光−ＳＷＩＲ多重スペクトル光検出器は、３５０ｎｍ乃至２０００ｎｍで１×１０１１ジョーンズという検出能値を示し、ピーク波長１８００ｎｍにおける最大検出能の値は、１．２×１０１２ジョーンズであった。数十μ秒のオーダーでの応答速度で、帯域幅が約１０ｋＨｚであり、撮像アプリケーションには十分であった。さらに、これらのＮＣｓは非常に安定であり、これらのＮＣｓで作成したデバイスの寿命は、非常に良好な安定性を示した。
【０１０５】
実験セクション
Ｐｂｓナノクリスタルの合成：典型的な反応では、ＰｂＯ（０．４４６ｇ）を、アルゴンの一定流の下、オクタデセン（５０ｍｌ）とオレイン酸（３．８ｍｌ）の混合液に溶かして激しく攪拌した。この混合液を１００℃で約１時間加熱して、溶液を乾燥させ、オレイン酸鉛を作成した。ビス（トリメチルシリル）スルフィド[（（ＣＨ３）３Ｓｉ）２Ｓ]溶液を、０．５ｍｍｏｌ乃至２ｍｍｏｌの範囲のオクタデセンに溶かした。ビス（トリメチルシリル）スルフィドの溶液を、１００℃でオレイン酸溶液に迅速に注入した。ビス（トリメチルシリル）スルフィドの追加により、分子上に溶解した硫黄の濃度が、核形成スレッシュホールドより高く上がった。核形成速度を、硫黄の濃度と界面活性剤（オレイン酸）の濃度で制御した。核形成ステージの後、硫黄濃度が臨界濃度の下に下がり、核形成はほぼ即座にゼロになった。生長期間を伸ばし、最終的なサイズのナノクリスタルを増やすために、頻回注入法を展開した。核形成用にビス（トリメチルシリル）スルフィドを最初に注入した後、０．１ｍｍｏｌ乃至０．４ｍｍｏｌの範囲でビス（トリメチルシリル）スルフィドの追加注入により、直径が９．６ｎｍより大きいＰｂＳ  ＮＣｓの成長に十分な前駆体を捕捉した。反応を終了させるために、冷トルエンを反応混合物に注入した。次いで、合成したナノクリスタルを、沈殿させて、イソプロパノール、アセトン、メタノール、などの極性溶媒を用いて洗浄し、トルエン中に再分散させた。この洗浄工程を３回繰り返して、過剰な反応しなかった前駆体と、反応副生成物を取り除いた。
【０１０６】
ＺｎＯナノ粒子の合成：この合成は、化学量論量の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）（０．５５Ｍ）を、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）に溶かした３０ｍＬの０．１Ｍ酢酸亜鉛二水和物に、連続的に攪拌しながら滴下して行った。沈殿させ洗浄を行った後、ナノ粒子を純粋エタノール中に分散させた。
【０１０７】
ＮｉＯ前駆体の合成：エタノール中のニッケルアセテート三水和物の０．１Ｍ溶液を作成した。モル比１：１のモノエタノールアミン（ＭＥＡ）対ニッケルを、錯化剤として加え、この溶液をすべての試薬が緑の溶液中に溶けるまで攪拌した。
【０１０８】
デバイスの製造：ＮｉＯ前駆体溶液を溶媒と、ＵＶＯ３で清浄したＩＴＯ被覆ガラス基板上に回転成型して、空気中で、１時間、５００℃に加熱して、連続ＮｉＯフィルムを形成した。冷却したのち、基板を、クロロフォルム中のＱＤｓ希釈懸濁液から回転形成した。各層を蒸着させたのち、アセトニトリル中の１．０Ｍの１，３−ベンゼンジチオール溶液にこのフィルムを漬けて、リガンド交換を行った。このＰｂＳフィルム蒸着とリガンド交換工程を繰り返して、厚さ約２００ｎｍのフィルムを産生した。ＺｎＯナノ粒子をトップに直接回転形成して、デバイスを１５分間８０℃に加熱した。次いで、厚さ１００ｎｍのアルミニウムカソードを、約１０−６Ｔｏｒｒのチャンバ圧で熱蒸着させた。空気中ですべての層を回転形成した。
【０１０９】
デバイスの特徴評価：すべての特徴づけとノイズ測定は、室温で行った。電流−電圧（Ｊ−Ｖ）特性評価を、Keithley４２００半導体パラメータ分析システムを用いて行った。ＥＱＥと応答性の測定を、キセノンＤＣアーク灯と、ＯＲＩＥＬ７４１２５モノクロメータ、Keithley４２８電流増幅器、ＳＲ５４０チョッパーシステム、及びＳＲＳ社のＳＲ８３０ＤＳＰロックイン増幅器を具えるインハウス設備を用いて行った。分光測光法により、ＮＣｓの吸収スペクトルと、粒子サイズ、及び粒子サイズ分布を含むＮＣの光学特性及び電子特性を直接測定ができた。ナノクリスタルの吸収スペクトルから、ナノクリスタルのエネルギィバンドギャップを、ＮＣｓの最初の励起子吸収ピークにおける吸収された光子のエネルギィを計算することによって、概算した。ＮＣサンプルは通常、テトラクロロエチレン（ＴＣＥ）などのＮＣ材料と干渉するバックグラウンド吸収を持たない溶剤中で希釈されている。代替として、このサンプルをガラス基板に被覆した薄膜形状で作成するようにしてもよい。ナノクリスタルのサイズ分布は、量子ドットの吸収スペクトルのＦＷＨＭによって規定した。より小さいＦＷＨＭは、より狭いナノクリスタルのサイズ分布に対応する。ＵＶ−ｖｉｓスペクトルのＦＷＨＭの値を、以下の手順で測定した。まず、ピークの頂点をベースラインにつなげてラインを引き、このラインの中心を通るベースラインに平行なラインを引いた。次いで、このラインとピークとの間に二つの交点ができた。２つの点の間の波長の差が、吸収ピークのＦＷＨＭ値である。
【０１１０】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を、２００ｋＶで動作する電解放出ＳＴＥＭ（ＪＥＯＬ  ２０１０Ｆ）上で作動させた。平均サイズと分散を測定するために、ＴＥＭ画像を分析した。アモルファスカーボンフィルムで被覆したグリッド上でＱＤｓ溶液をクロロフォルムに滴下させて、ＴＥＭサンプルを作成した。
【０１１１】
光検出器中のノイズ電流を、Stanford Research  ＳＲ８３０ロックイン増幅器と、ＳＲ５７０低ノイズプリアンプを用いて測定した。測定の間、ノイズ電流のロックイン周波数は３０Ｈｚに設定した。ノイズを最小限に抑えるために、アルカリ電池を用いてデバイスにバイアスを加え、電気的及び光学的にシールドされたプローブステーション内で測定を行った。
【０１１２】
本発明のいくつかの実施例について説明し、図に示したが、当業者はこの機能を実行し及び／又は結果及び／又は本明細書に述べた一またはそれ以上の利点を得るために、この他の様々な手段及び／又は構造を容易に想定することができる。また、このような変形及び／又は変更はそれぞれ、本発明の範囲内にあると考えられる。
【０１１３】
より一般的には、本明細書に述べたパラメータ、寸法、材料、及び構成がすべて例示であり、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成は、本発明の教示を用いる特定のアプリケーションによって異なるであろうということは、当業者には自明である。当業者は、ルーチンに過ぎない実験を用いて、本明細書に述べた発明の特定の実施例の多くの均等物を認識する、あるいは確認することができるであろう。したがって、上述した実施例は、例示にすぎず、特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で、特に記載され請求されている以外にも本発明を実施できると理解される。本発明は、本明細書に述べた個々の特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法に向かうものである。さらに、二またはそれ以上の特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法のあらゆる組み合わせは、これらの特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法が完全に食い違っていなければ、本発明の範囲内に含まれる。
【０１１４】
本明細書に記載され使用されているすべての定義は、辞書の定義、引用によって組み込まれている書類にある定義、及び／又は規定の用語の通常の意味を支配すると理解すべきである。
【０１１５】
本明細書及び特許請求の範囲で使用されている不定冠詞は、特に反対の表示が明確になされていない限り、「少なくとも一つ」を意味すると理解すべきである。
【０１１６】
本明細書及び特許請求の範囲に使用されている「及び／又は」のフレーズは、結合している要素、すなわち、いくつかの場合に結合して存在し、その他の場合には分離して存在する要素の「一方又は両方」を意味すると解すべきである。「及び／又は」で挙げられている複数の要素は、同じ態様で、すなわち、結合されている要素の「一またはそれ以上」であると、解釈すべきである。特に特定されたこれらの要素に関連するか関連しないかにかかわらず、「及び／又は」で特に認定されている要素以外の要素が選択的に存在することもある。したがって、非限定的な例として、「Ａ及び／又はＢ」との言及は、「具える」などの制約のない用語と結合して使用されている場合は、一つの実施例において、Ａのみ（選択的にＢ以外の要素を含む）を意味し；別の実施例では、Ｂのみ（選択的にＡ以外の要素を含む）を意味し；さらに別の実施例では、Ａ及びＢ（選択的にその他の要素を含む）を意味する；その他である。
【０１１７】
本明細書及び特許請求の範囲で用いられている「又は」は、上述した「及び／又は」と同じ意味を有すると解するべきである。例えば、リストに挙げたアイテムとは別に、「又は」あるいは「及び／又は」は、包括的、すなわち、複数のあるいはリストの要素の少なくとも一つだけでなく、一またはそれ以上を含み、選択的にリストにない追加のアイテムを含むと理解すべきである。「一つのみ又は「まさに一つ」、あるいは請求の範囲における「からなる」といった明らかに逆に表示された用語のみが、複数の要素又はリストの要素のまさに一つの要素を含むことを意味している。一般的に、本明細書で使用されている用語「又は」、「いずれか」、「のうちの一つ」、「のうちの一つのみ」又は「のうちのまさに一つ」といった排他的用語が全治されている場合に、排他的代替を表示する（すなわち、一あるいはその他であるが、両方ではない）ものと解釈するべきである。特許請求の範囲で使用されている「実質的にからなる」は、特許法の分野で使用されている通常の意味を有する。
【０１１８】
本明細書及び特許請求の範囲で使用されている、一またはそれ以上の要素のリストに関する「少なくとも一」というフレーズは、要素のリスト中の要素のいずれか一つあるいはそれ以上から選択された少なくとも一の要素を意味するが、必ずしもその要素のリスト中に特に挙げられた各要素の少なくとも一つを含む必要はなく、その要素のリスト中の要素の組み合わせを排除するものでもない。この定義によれば、要素は、特に特定されたこれらの要素に関係するかしないかにかかわらず、「少なくとも一」とのフレーズが意味する要素のリスト内に特に特定された要素以外に選択的に存在するものであってもよい。したがって、非限定的な例としては、「ＡとＢの少なくとも一つ」（又は、同様に、「Ａ又はＢの少なくとも一つ」又は、同様に「Ａ及び／又はＢの少なくとも一つ」）は、一実施例において、少なくとも一つであり、選択的に一以上、Ａ、Ｂが存在しない（及び選択的にＢ以外の要素を含む）を含み；別の実施例では、少なくとも一つであり、選択的に一以上、Ｂ、Ａが存在しない（及び選択的にＡ以外の要素を含む）を含み；さらに別の実施例では、少なくとも一つ、選択的に一またはそれ以上のＡ、及び選択的に一以上のＢ（及び選択的にその他の要素を含む）を含む少なくとも一つ；その他を意味する。
【０１１９】
逆のことが明確に表示されていない限り、特許請求の範囲に記載されている一またはそれ以上のステップ又は行為を含むいずれの方法でも、この方法のステップ又は行為の順番は、この方法のステップ又は行為が記載されている順に必ずしも制限されるものではないと、理解すべきである。
【０１２０】
特許請求の範囲においては、明細書の記載と同様に、「具える」、「含む」、「担持する」、「有する」、「含有する」、「巻き込む」、「保持する」、「から成り立つ」、その他といったすべての移行句は、変更可能である、すなわち、含んでいるがそれに限定されないと解するべきである。米国特許庁特許審査手順マニュアル、セクション２１１１．０３に記載されているように、「からなる」又は「実質的にからなる」の移行句のみは、クローズドあるいは半クローズド移行句である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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