新型无机钙钛矿纳米晶的合成和载流子动力学研究

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随着人们对于能源的需求量越来越高,传统的化石能源已经开始逐渐无法满足人们的要求,因此人们开始将目光转向新型的清洁能源,因此太阳能电池等新型的清洁能源被人们发明了出来。而近些年以来,钙钛矿材料被发现在太阳能电池,光电探测器,电致发光器件等等领域中有着极佳的表现,受到全世界研究人员的关注。本文主要从来两点研究新型的钙钛矿材料,第一点为在其他研究人员之前的基础上,改进合成方案,改善合成条件,增加合成手段来合成新型的,毒性小的,高性能的钙钛矿纳米晶,并对其稳定性,光电性质等方面进行表征和研究。另一方面则是从微观动力学方面,研究其中的热载流子行为,并尝试阐明其对于发光,发电性能的影响,并以此开发新的钙钛矿材料。本文的首先在前人文献的基础上合成了一系列的合金化的非铅卤化物双钙钛矿Cs2AgBi1-xSbxBr6(0≤x≤0.75)纳米晶,并对其进行了 X射线粉末衍射测量,证实了其为纯的立方体结构,并且掺入Sb后并没有改变其结构,随后透射电子显微镜的测量也证实了这一点。随后我们对其的稳态吸收光谱进行了测量,并通过其稳态吸收光谱计算了双钙钛矿Cs2AgBi1-xSbxBr6(0≤x≤0.75)纳米晶的带隙,发现随着Sb元素的比例的增加,Cs2AgBi1-xSbxBr6(x=0.25、0.5和0.75)纳米晶的带隙略微变小。最后,我们对其进行瞬态吸收光谱的测量来研究其热载流子动力学的差异,计算了吸收截面σ,并且发现其数值于Bi元素的含量成线性关系。随后,通过拟合基态漂白(GSB)衰减信号,我们发现了载流子俘获过程的占比随着Sb含量的增加而增加,而同时激子复合的概率却随着Sb含量的增加而降低并且是缺陷态介导的载流子复合占据了主要地位。最后我可以得到结论,我们可以通过掺入新的三价金属元素,调整三价金属元素的比例,制成三价金属合金的非铅卤化物双钙钛矿来调整自陷态(STE)吸收。为之后研究新的高性能非铅卤化物合金双钙钛矿提供了一种新的思路。本文在第三部分合成了一种稀土 Yb2+掺杂的新型的合金化的CsPb1-xYbxI3胶体量子点。并通过X射线衍射光谱和透射电子显微镜证实了其与传统的α-CsPbI3钙钛矿量子点的立方体结构不同,有着新型的晶体结构。其吸收光谱和证明了这一点。合成出的CsPb0.4Yb0.6I3量子点约在450nm处有着荧光峰,并有着接近1的量子产率。随后我们将其与纯的CsPbI3钙钛矿量子点进行了稳定性的比较和测试,CsPb0.4Yb0.6I3量子点能在大气环境中储存五个月以上而XRD不发生改变,其荧光亮度也在肉眼观察下也没有发生改变。并且在80度温度的烘烤下,CsPb0.4Yb06I3量子点能坚持数个小时而没有明显的荧光强度下降。随后利用飞秒瞬态吸收光谱比较了 CsPbI3钙钛矿量子点与CsPb0.4Yb00.6I3量子点的动力学差异,并且CsPb0.4Yb0.6I3量子点的基态漂白信号对于泵浦通量更加的不敏感,且CsPb0.4Yb0.6I3量子点的热载流子弛豫速度远快于CsPbI3量子点的速度。
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