无铅双钙钛矿Cs2AgInCl6的合成及光学性能研究

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卤化铅钙钛矿中铅的毒性问题对生态环境和人类健康造成潜在危害,这引起了世界各国的广泛关注。因此,寻找稳定的、光电效能高的无铅钙钛矿替代品是非常有必要的。无铅双钙钛矿Cs2AgInCl6因其稳定性好、载流子寿命长、易于加工并具有直接带隙等优点被认为是非常有潜力的替代材料。但Cs2AgInCl6目前还存在以下几点问题:受到奇偶禁戒跃迁的限制,发光效率不够高;其激发光源都得选用紫外光源或者激发能量更高的光源,不利于未来的应用与发展;发射线太宽,无法在显示器件领域得到应用;稳定性还不足以达到实际商业应用水平。本文探讨了利用SiO2对Cs2AgInCl6进行结构调整,以此方式来提高其发光强度和稳定性,制备Cs2KxAg0.6Na0.4In0.8Bi0.2Cl6Brx和Cs2KxAg0.6Na0.4In0.8Bi0.2Cl6Ix微晶,实现了橘色和红色的纯色光发射。具体内容如下:1、为了提高Cs2AgInCl6的发射强度和稳定性,利用SiO2对Cs2AgInCl6进行结构调整。SiO2改变了Cs2AgInCl6的生长方式和晶体形貌,从八面体变成截塔八面体。结构改变后,晶胞分散,突破吸收极限,SiO2还钝化了材料表面,形成抗氧化保护膜。因此,光致发光的发射强度提高了181.5%,稳定性提高了83.11%。此外,还发现了Cs2AgInCl6在低温下(20 K)的一种新的双发射现象(λex=365 nm:λem≈580 nm;λex=325 nm:λem≈505 nm);这一现象解释了Cs2AgInCl6在室温下400-450 nm的肩状发射问题,阐明了其发光机理。2、在Na+和Bi3+掺杂使Cs2AgInCl6的PLQY提升至86%基础上进一步发展了Cs2KxAg0.6Na0.4In0.8Bi0.2Cl6Brx微晶,并实现了低温下蓝光激发以及窄谱发射。通过测量拟合随温度变化的发射峰强度、峰值能量、半高宽变化以及PLE和荧光寿命,系统的研究了其蓝光激发的本质。K+和Br-掺杂后形成了过渡性的非局域化施主能级,从而改变了激子激发与跃迁过程。3、Cs2Ag0.6Na0.4In0.8Bi0.2Cl6/xKBr和Cs2Ag0.6Na0.4In0.8Bi0.2Cl6/x KI微晶以固相压制的方法合成。新开发的材料可以在室温下蓝光激发,发射橘色和红色的纯色光。通过拟合变温PL,研究了KBr和KI两种掺杂类型在发射上的本质区别。纯色发光有望极大的推动无铅钙钛矿在显示器件领域中的研究进展。
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