锰离子掺杂无机钙钛矿纳米晶光退化机理研究及白光LED的制备

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Mn2+掺杂的无机卤化物钙钛矿纳米晶(NCs)的光学性能取决于稳定的结构和低缺陷/陷阱状态,因此的提高它的光稳定性是非常具有挑战性的。主要研究了分散在正己烷溶剂中与成膜后的不同Mn2+掺杂浓度的CsPbCl3(Mn2+:CsPbCl3)NCs在紫外光(UV)照射下的一些光学性质,在室温下通过光致发光(PL)光谱分析了它们的光退化过程。随着紫外光照射时长的增加,在NCs中形成缺陷,引发了非辐射缺陷/陷阱,导致了Mn2+:CsPbCl3NCs薄膜中的带边激子和Mn2+离子的PL强度显著降低。Mn2+的PL峰位范围在595-640 nm,令人兴奋的发现是,无论掺杂浓度低还是高,掺杂NCs薄膜中Mn2+的寿命的单指数和多指数衰减时间(1.81-1.15 ms)几乎不随紫外照射的增加而变化。在较高Mn2+掺杂浓度的NCs中,在光照下观察到Mn2+的PL峰位发生了蓝移,这可能是由于Mn2+扩散到掺杂NCs的表面。此外,发现使用Cs4PbCl6壳层对Mn2+:CsPbCl3NCs进行表面钝化,可以有效的抑制Mn2+:CsPbCl3NCs的光退化,提高Mn2+的PL稳定性。通过表面钝化,得到了稳定且高效发光的Mn2+:CsPbCl3/Cs4PbCl6核/壳NCs后,又制备了掺杂Br-的Mn2+:CsPbCl3-xBrx/Cs4PbCl6核/壳NCs和发绿光的Cs Pb Br3/Cs4Pb Br6核/壳NCs。制备了显色指数超过80、发光效率超过70 lm/W的高效暖白色发光二极管(WLED)。主要研究内容如下:1.利用一锅法,在190℃注入前驱体,制备出了不同Mn/Pb投料摩尔比的Mn2+:CsPbCl3NCs,将不同Mn2+掺杂浓度的样品分散在正己烷中,测量它们的第一激子吸收峰时的光密度(OD)值,调节到0.05左右。利用365 nm的紫外灯来照射样品,记录了不同光照时间的稳态荧光光谱、瞬态荧光光谱,分析随着光照时间增长光退化的机理。经紫外光照射后,带边激子PL峰位发生了红移,带边激子和Mn2+的PL强度的降低,推测是因为在溶液的样品在紫外光照射下,引起配体脱落、NCs聚集,导致缺陷/陷阱态的形成。在光照结束后,利用TEM证实了我们的推测。2.在了解了溶剂中NCs样品的光退化机理之后,为了更好的理解在强紫外光照下的退化机理,又合成了Mn/Pb为2/1、不同晶粒尺寸的Mn2+掺杂CsPbCl3NCs。分别将不同晶粒尺寸样品分散到正己烷中,测量第一激子吸收峰的OD值调节在2左右,将其旋涂在SiO2基片上备用。用紫外光照射不同晶粒尺寸的样品,发现只有平均晶粒尺寸为4.36 nm、带边激子PL峰位在390 nm的薄膜样品在荧光猝灭后红移到395 nm,这应该是由于NCs的聚集。发现带边激子PL峰位在403 nm、平均晶粒尺寸为8.82 nm的样品相对比较稳定。之后进行了Mn/Pb分别为1/1、2/1、3/1和5/1,带边激子PL峰位均在403 nm,Mn2+的PL峰位分别在595、600、610和640 nm的NCs薄膜光退化机理研究。在Mn/Pb较低的掺杂NCs中,荧光寿命不随光照时间的增长发生变化,说明Mn2+的局部环境相对稳定。观察到在较高Mn2+掺杂浓度NCs中,Mn2+的PL峰位蓝移,表明Mn2+离子从掺杂NCs主体中扩散出来。3.通过合成Mn2+:CsPbCl3/Cs4PbCl6核/壳NCs,进一步改善了Mn2+:CsPbCl3NCs的光稳定性。之后又制备了Mn2+:CsPbCl3-xBrx/Cs4PbCl6核/壳NCs,通过调节了Br的浓度,将其带边激子的PL峰位调节到了450 nm,形成了带边激子和Mn2+的PL峰位分别在450和600 nm处。利用发射波长为395 nm的Ga N芯片与Cs Pb Br3/Cs4Pb Br6核/壳NCs和Mn2+:CsPbCl3-xBrx/Cs4PbCl6NCs,制备了WLED。对用不同Mn2+掺杂浓度的Mn2+:CsPbCl3-xBrxNCs和Mn2+:CsPbCl3-xBrx/Cs4PbCl6NCs制备的WLED的性能进行了比较分析。
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