【摘 要】
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全无机铅卤钙钛矿材料不仅具有光致发光量子效率高,非辐射复合率低,直接带隙可调等优异的性质,还具有非常好的稳定性,是一种极具潜力的光电材料,在太阳能电池,光电探测器,发光二极管等方面具有巨大的应用前景。本论文采用化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)方法,通过调控实验参数,合成了方形微米片、棱台和三角锥三种稳定形貌的高质量CsPbBr3微米晶,并对其结构和发光性能
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(No.11575187); 科技部国家重点研发计划项目(No.2016YFB0700205);
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全无机铅卤钙钛矿材料不仅具有光致发光量子效率高,非辐射复合率低,直接带隙可调等优异的性质,还具有非常好的稳定性,是一种极具潜力的光电材料,在太阳能电池,光电探测器,发光二极管等方面具有巨大的应用前景。本论文采用化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)方法,通过调控实验参数,合成了方形微米片、棱台和三角锥三种稳定形貌的高质量CsPbBr3微米晶,并对其结构和发光性能进行了比较研究。取得的主要研究成果如下:在改变前驱体PbBr2和CsBr的摩尔比例的实验中,发现了前驱体PbBr2和CsBr的摩尔比例为1:2的条件下制备出的样品,表现出较好的形貌均一性和结晶质量。通过调节载气流速,分别在为40 sccm,80 sccm和120 sccm的载气流速下制备出了方形微米片,棱台和三角锥CsPbBr3微米晶。X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)结果表明这三种形貌的CsPbBr3微米晶均具有单斜相,但方形微米片与棱台和三角锥相比具有更好的取向性。本论文认为CsPbBr3微米晶的形貌演化与载气流速的高低密切相关。在高流速下,晶体在生长过程中的物质传输速率会加快,但过快的传输速率导致原子没有充足的时间移动到表面能最低的格点位置,这使得后续的原子选择在另一个可以降低初始表面能的方向上进行排列,最终宏观上就表现为不同的形貌。摇摆曲线(X-ray rocking curve,XRC)结果表明低流速下生长的方形微米片具有更好的晶体质量。这是因为方形微米片在低流速下生长,物质传输速度相对较慢,原子有足够的时间移动到表面自由能最低的点阵位置,从而表现出较高的晶体质量。光致发光(Photoluminescence,PL)光谱和时间分辨光致发光(Time-resolved PL,TRPL)光谱的结果表明方形微米片比另外两种形貌的晶体具有更好的发光性能。本论文认为除了形貌因素外,结晶质量也对发光性能有着重要的影响。此外,本论文通过对不同生长时间的方形微米片和三角锥的尺寸进行统计,发现三角锥至少在30分钟之前就已经基本生长完毕,而方形微米片在70分钟时仍在生长。这表明高流速下生长的三角锥的生长速度明显快于低流速下生长的方形微米片。这个结果证实了上述对不同形貌的CsPbBr3微米晶的生长速率不同的猜想。在探究生长温度对CsPbBr3微米晶的影响实验中,发现在较高温度下生长的方形微米片比三角锥有更好的发光性能。生长温度越低,前驱体和衬底间的温度差越大。更大的温差会降低晶体的结晶质量,增加缺陷态密度,从而对晶体的光致发光性能产生影响。
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