全无机钙钛矿材料的可控构筑及其多重激子态动力学

来源 :黑龙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:BING_YAN3414
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目前,半导体材料仍然是光电领域的研究热点。在近二十年间,铅卤基钙钛矿材料在太阳能电池和发光二极管领域表现出广阔的应用前景。它具有高缺陷容限、较大的吸收系数、高载流子迁移率以及容易调谐的发射波长等特点。同时,铅卤基钙钛矿材料较低的合成成本也成为其快速发展的重要原因。在2009年,有机-无机混合钙钛矿材料在太阳能电池领域取得了重大的进展。但是,它还是由于形貌差以及自身不稳定等因素导致量子效率快速下降,从而限制其在光电器件中的应用。虽然许多研究者将有机-无机混合钙钛矿材料做成核壳结构来提高其环境稳定性,然而依然不能实现商业化。因此,使用无机阳离子来取代有机阳离子,改善钙钛矿材料的稳定性是一条值得考虑的途径。在这种情况下,2015年,Kovalenko研究团队报道了第一篇全无机钙钛矿CsPbX3(X=Cl,Br,I)材料,与有机-无机混合钙钛矿相比,全无机钙钛矿的环境稳定性有了明显的提高。在本论文中,我们采用光致发光(PL)光谱研究了全无机钙钛矿CsPbX3纳米晶(NCs)的稳态发光特性,结果表明,CsPbX3 NCs通过卤素替换和尺寸控制,其PL光谱在可见光范围内很容易调控。我们将合成好的NCs进行分级离心提纯后,对NCs尺寸进行选择,可以获得尺寸更加均一的NCs,进而形成NCs的自组装结构(SCs),从而得到更宽的发射光谱线宽和更高的荧光强度。此外,我们使用硝酸盐和硫氰酸盐对CsPbX3 NCs和SCs进行简单的表面处理,NCs和SCs可以获得更高的PL强度和量子产率(PLQY)。利用瞬态吸收(TA)光谱研究了CsPbX3 NCs在不同激励功率下的带内多重激子态动力学过程。我们通过对TA光谱的观察研究发现,随着功率的增加,其漂白信号出现了快速的衰减,漂白信号的衰减轨迹可以通过双指数函数进行很好的拟合,因此,可以更加准确的计算多重激子态寿命。同时,我们还观察到TA光谱在不同的功率下漂白信号会出现不同程度的红移,从而计算得到了NCs带内的双激子结合能,这使我们可以更加深入的了解NCs带内的多重激子态。通过改变温度研究了全无机钙钛矿CsPbX3NCs和SCs的变温光致发光光谱。随着温度的升高,NCs和SCs的PL强度逐渐减低且发光峰出现蓝移,这种现象与带内出现的俘获态有关。但是SCs的发光峰先蓝移后红移,这主要是因为SCs随着温度的升高又继续向更大尺寸进行组装。NCs和SCs的半高全宽(FWHM)都出现了明显的展宽,这是由于热膨胀和电声耦合引起的。根据NCs和SCs随温度变化的规律,拟合得到的激子结合能和光学声子能量等参数,使我们更加深入地了解钙钛矿材料的发光特性。
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