一维钙钛矿单晶DMEDAPbBr4光致荧光颜色特性及调控机制研究

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有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿因其优异的光物理性能(包括高光吸收、长载流子寿命、长扩散长度和能带结构可调性)而被广泛应用于光电器件。其中,一维钙钛矿晶体由于其良好的形貌、高的量子效率和宽带白光发射特性,成为可调节颜色发射的理想发光材料。DMEDAPbBr4钙钛矿单晶是有前景的光电转换材料之一,具有宽带白光发射特性,荧光量子产率超过20%。研究其内部载流子与能量的变化可以深入认识发光机理的过程的,在此基础上,进一步对内部过程加以调控,进而实现调控一维钙钛矿晶体荧光颜色,为钙钛矿材料在变色发光器件的应用中提供新的思路。本论文通过反溶剂蒸汽扩散法成功制备出DMEDAPbBr4一维钙钛矿单晶及其对应的锰掺杂材料,利用实验室自搭建的超快时间分辨光谱设备对材料的荧光特性进行研究,并通过温度、掺杂和偏振三种手段对材料的荧光颜色进行调控。得到的主要实验结果如下:(1)通过温度调节实现了对一维钙钛矿DMEDAPbBr4单晶荧光发射颜色的调控,观察到晶体荧光颜色从黄绿色变为蓝绿色的演化过程,且荧光光谱中心随着温度的升高发生蓝移,这是造成荧光颜色变化的原因,而发生蓝移的原因是温度导致的晶格变形影响到价带和导带的位置。采集变温过程的荧光光谱和寿命,研究荧光光谱强度随温度的变化,提出自由激子与自陷态激子之间存在一个热活化的过程以及自陷态激子非辐射复合过程的发生。这种温控荧光颜色变化的特性,使得一维钙钛矿DMEDAPbBr4单晶具有潜在的应用前景。(2)利用锰离子掺杂调控一维钙钛矿单晶光致荧光颜色的调控。在Mn掺杂的DMEDAPbBr41D钙钛矿单晶中,通过调节激发重复率和脉冲强度,实现了橘色和蓝色之间的可逆和连续发射颜色变化。通过温度变化的荧光光谱实验,验证了Mn2+的饱和是由于Mn掺杂剂在高激发光通量下被完全激发的结果,并非是缺陷介导的原因,也不是由激发的多个Mn2+的湮灭引起的。Mn掺杂的一维DMEDAPbBr4钙钛矿单晶具有稳定的色彩调节特性。(3)利用偏振调控一维钙钛矿单晶DMEDAPbBr4光致荧光颜色。由于不对称的晶体结构导致跃迁偶极矩的各向异性,一维钙钛矿单晶的荧光具有十分明显的线偏振性,不同偏振方向的荧光在强度上和光谱中心上都有区别,通过调节偏振角度可以得到不同发射颜色的荧光。晶体的生长方向对偏振荧光有影响且沿着晶体生长方向的偏振荧光是最强的。另外,低温会影响晶体的偏振荧光,甚至使得最强荧光的偏振方向翻转90度。一维钙钛矿单晶DMEDAPbBr4荧光对偏振响应的研究是具有现实意义的一项工作。
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