基于GaN基DBR的CH3NH3PbBr3晶体的制备与性能研究

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有机-无机杂化钙钛矿材料ABX3(A为一价阳离子,B为二价金属离子,X为卤素离子)具有高的光吸收系数、高的载流子迁移率、长的载流子扩散距离、带隙可调、制备工艺简单和制造成本低等特点,是理想的光电半导体材料之一。作为一种光电材料,如何提高有机-无机杂化钙钛矿材料的发光效率一直是人们关注的焦点问题。本论文利用电化学刻蚀的方法制备了周期性结构的纳米多孔GaN分布式布拉格反射镜(NP-GaN DBR),并利用臭氧处理分布式布拉格反射镜以增强表面活性,有效解决了有机-无机杂化钙钛矿材料不易在GaN基分布式布拉格反射镜上制备的问题,之后在空气环境中使用两步浸泡法在所制备的分布式布拉格反射镜上成功生长出有机-无机杂化钙钛矿甲胺溴化铅(CH3NH3PbBr3)晶体材料,并研究了所制备的CH3NH3PbBr3晶体材料的电子结构及其光致发光性质。主要内容如下:(1)在空气环境中采用两步浸泡法制备有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbBr3晶体,研究了不同涂覆方式、衬底有无预热和不同浸泡浓度对CH3NH3PbBr3晶体形貌的影响,获得了生长CH3NH3PbBr3晶体的优化参数。使用醋酸铅三水合物(Pb(Ac)2·3H2O)为唯一铅源,醋酸根离子的易挥发性促进了晶粒生长,提高了CH3NH3PbBr3晶体的结晶度,获得结晶质量良好,尺寸较大的CH3NH3PbBr3晶体。(2)基于空气环境中两步浸泡法制备CH3NH3PbBr3晶体的优化实验,分别在NP-GaN DBR和未刻蚀GaN(as-grown GaN)衬底上制备CH3NH3PbBr3晶体。通过对其光致发光性质的分析,两者的发光波长都在550 nm左右,NP-GaN DBR上生长的CH3NH3PbBr3晶体较未刻蚀GaN衬底上生长的晶体光致发光强度有明显的提升,增强了约3.11倍。CH3NH3PbBr3晶体在NP-GaN DBR上PL谱强度的增加归因于相长干涉导致的反射光的外耦合。这表明了纳米多孔GaN基分布式布拉格反射镜可以有效的提升有机-无机杂化钙钛矿材料的发光性能,为基于有机-无机杂化钙钛矿材料的高性能光电器件的设计提供了一种简单而有效的新思路。
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