全无机铅卤钙钛矿Cs4PbBr6/CsPbBr3的控制合成及其发光性能研究

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全无机铅卤钙钛矿荧光材料具有高的光致发光强度和荧光量子产率、强的光吸收系数、可调谐的带隙等优异的光学性能,可被应用于发光二极管、太阳能电池、光电探测器等领域。然而,铅卤钙钛矿较差的稳定性以及铅毒性阻碍了其实际应用。目前,铅卤钙钛矿荧光材料的制备主要以热注入法为主,该方法需要高温反应、惰性气体的保护、冰水浴冷却等条件。与之相比,一种表面配体辅助过饱和再结晶法可在室温下进行,且不需要惰性气体保护以及冰水浴冷却等,可实现工厂化大规模制备。因此,本文采用表面配体辅助过饱和再结晶法制备铅卤钙钛矿荧光粉,研究了表面配体的用量、溶剂极性、HBr以及稀土Eu3+离子掺杂对所合成钙钛矿的晶相及发光性能的影响。主要研究内容分为以下三个部分:1.在反应过程中引入表面配体油酸油胺(OA/OAm)使产物由Cs PbBr3演变为具有绿光发射的Cs4PbBr6/Cs PbBr3复合钙钛矿荧光粉,荧光量子产率由0.13%提升到46.74%。通过高斯拟合分析复合钙钛矿的发射光谱,表明绿光发射来源于Cs4PbBr6和Cs PbBr3共同发射,其中Cs4PbBr6的发光来源于缺陷态介导的激子辐射复合,Cs PbBr3的发光来源自身的电子-空穴复合。通过复合钙钛矿中Cs4PbBr6与Cs PbBr3的荧光寿命测试,证明了Cs4PbBr6向Cs PbBr3的能量传递过程。2.在确定表面配体用量的情况下,通过改变溶剂极性调控合成过程中的离子再结晶析出过程,对Cs4PbBr6/Cs PbBr3复合钙钛矿荧光粉的发光性能进行优化。通过Cs4PbBr6/Cs PbBr3的发射光谱、荧光寿命、荧光量子产率等分析了溶剂极性对复合钙钛矿发光性能的影响。结果表明,选用溶剂为异辛烷时,Cs4PbBr6/Cs PbBr3复合钙钛矿荧光粉具有优异的绿光发射,量子产率达到89.28%。3.在无配体参与的情况下,在反应过程中引入HBr带来富Br-的反应环境,促使Cs4PbBr6/Cs PbBr3复合钙钛矿荧光粉的形成。研究了HBr用量对发光性能的影响,结果表明,绿光发射随着HBr用量的增加而增强。在此基础上制备Eu3+掺杂的Cs4PbBr6/Cs PbBr3荧光粉,通过掺杂对钙钛矿晶格序的影响进一步提高了复合钙钛矿的绿光发射强度,量子产率由65.74%增加到90.94%。
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