全无机钙钛矿微纳激光器的研究与制备

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近些年来,以有机无机杂化钙钛矿为代表的钙钛矿材料因其扩散长度长,俄歇复合速率低,载流子浓度高以及能隙匹配等优异性质,成为了太阳能电池的热门材料,短短几年的时间其光电转换效率就已经提升到20%以上。而许多导致钙钛矿太阳能电池效率提高的物理性质,也是钙钛矿发光器件的性能得到提高的原因,钙钛矿材料在光电子器件领域也有着非常优秀的应用。但是有机无机杂化钙钛矿的不稳定性,阻碍着其发展和应用。这时全无机钙钛矿成为了人们的关注对象,其同样具有有机无机杂化钙钛矿优秀的光学性能,同时又更加稳定。全无机钙钛矿也具有优秀的光学吸收性能,可以有效地将光转换为电流,可以作为激光器中性能优异的增益材料。而自上世纪60年代世界上第一台红宝石固态激光器的出现,激光以其方向性好,亮度高,单色性好的特点,被广泛应用于军事,科技,经济和社会发展的许多领域,深刻影响着人们生活。钙钛矿材料作为半导体激光器的实际应用中也确实表现出了其独特的优势,如材料容易制备,低阈值,可调谐。本文利用化学气相沉积法制备了不同形貌的CsPbBr3钙钛矿微晶结构,制成了具有优异性能的钙钛矿半导体微纳激光器,具体工作内容如下:1.介绍了钙钛矿材料的基本结构,当其作为光电材料时的发光特性,并简单介绍了其应用。2.回顾并介绍了钙钛矿样品的制备方法,分析了不同制备方法制的钙钛矿样品的性质,根据本课题的需要详细比较了溶液结晶法和化学气相沉积法的优缺点,并最终选择化学气相沉积法制备的样品作为实验样品,对表征手段做了简单介绍。3.通过化学气相沉积法制备了CsPbBr3微球,对其进行了形状和结构表征,研究了其荧光光谱的变温性质,并从温度膨胀和电子-声子相互作用的方面对其进行了解释,最后实现了钙钛矿微球的单模可调谐激光。4.结合文献,对有机无机钙钛矿三角锥微纳激光器进行了改良,使其稳定性更好,并实现了单模激光。5.简单介绍了表面等离子激元的理论基础,性质和应用,结合钙钛矿纳米线实现了表面等离子激元激光。钙钛矿表面等离子激元激光可以越过衍射极限,具有较高的自发幅射因子β,高品质因数,低阈值的特点。
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