【摘要】：自2009年,有機(jī)無機(jī)復(fù)合鉛鹵鈣欽礦(OHP)在太陽能電池領(lǐng)域取得重大突破,鈣鈦礦半導(dǎo)體材料成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。鑒于其具有寬光譜范圍、高吸收系數(shù)、高載流子遷移率、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散距離、淺缺陷能級(jí)等物理特性,在發(fā)光和顯示器件、太陽能光伏電池、光電探測(cè)器等方面展現(xiàn)出了誘人的應(yīng)用前景。當(dāng)前新興的全無機(jī)鈣鈦礦(IHP)量子點(diǎn),除了能夠克服有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦中有機(jī)分子高溫易分解的本質(zhì)缺點(diǎn)外,還具有發(fā)光效率高、發(fā)光波長(zhǎng)易于調(diào)控、尤其是發(fā)光半峰寬特別窄等優(yōu)點(diǎn),成為了發(fā)光和顯示器件的明星材料。然而,鈣鈦礦材料離子晶體的本質(zhì)特性,決定了其在使用過程中對(duì)水、熱等環(huán)境的不穩(wěn)定性,是其將來產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的瓶頸問題。本論文聚焦兩個(gè)核心科學(xué)問題開展研究工作,一是全無機(jī)鈣鈦礦納米晶的快速宏量制備,二是無機(jī)鈣鈦礦納米晶的水、熱和抗電子輻照穩(wěn)定性的提高,具體包括以下幾個(gè)方面:1)采用微波技術(shù),實(shí)現(xiàn)了低維全無機(jī)CsPbBr3鈣鈦礦納米晶的快速制備,通過對(duì)不同油酸油胺比例(9:1、8:2、4.5:6)、PbBr2前驅(qū)體濃度(2、1、1/2、1/3)、微波功率(100、400、600、800 W)及反應(yīng)時(shí)間(1、3、5 min)等關(guān)鍵工藝參數(shù)的探索和優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了納米晶從0維到1維到2維的可控制備,同時(shí)不同維度納米晶的尺寸可調(diào)(納米立方體8.1~17.4nm、納米棒31~763 nm、納米片 235.4~312.3 nm);2)對(duì)微波技術(shù)快速制備全無機(jī)鈣鈦礦進(jìn)行了改進(jìn),即提出了微波輔助熱注法,實(shí)現(xiàn)了 Mn摻雜CsPbC13納米晶的快速宏量制備。結(jié)果表明,該方法可實(shí)現(xiàn)克量級(jí)Mn2+:CsPbC13鈣鈦礦納米晶的合成,其熒光量子效率(PL QY)高達(dá)65%,為目前文獻(xiàn)所報(bào)道的最高值。Mrn2+摻雜顯著提高了 CsPbC13納米晶的熱穩(wěn)性能。錳摻雜顯著提升納米晶的熱穩(wěn)性能,摻雜濃度為6.5%的納米晶在在溫度由300K升至380 K時(shí)其熒光特性基本保持不變;3)提出了通過Mn摻雜強(qiáng)化CsPbC13鈣鈦礦納米晶抗電子輻照穩(wěn)定性技術(shù)。研究表明,通過Mn摻雜能夠顯著提高鈣鈦礦在電子束轟擊下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,相比于未摻雜納米晶,其壽命提高10倍以上。同時(shí),通過第一性原理,計(jì)算了 Mn摻雜后鈣鈦礦材料的電子能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和差分電荷密度。研究結(jié)果表明,Mn摻雜導(dǎo)致的更強(qiáng)的Mn-Cl和Pb-Cl鍵、以及更大的容忍因子,是鈣鈦礦抗電子輻照穩(wěn)定性得到顯著提高的本質(zhì)原因;4)基于靜電紡絲技術(shù),采用同軸針頭,實(shí)現(xiàn)了殼層為純聚苯乙烯(polystyrene,PS)核層為CsPbX3@PS的核殼結(jié)構(gòu)納米纖維的制備。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu),一方面實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦納米晶在聚合物納米纖維中的均勻原位生長(zhǎng),達(dá)到納米晶良好的分散和包覆效果,同時(shí)對(duì)外露在CsPbX3@PS核層的納米晶實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步包覆。研究結(jié)果表明,其PLQY可達(dá)45.7%,在水中浸泡十天后其PLQY能保持原來的90.5%,180天后仍能保持84.2%,表明通過我們的核殼納米纖維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),鈣鈦礦納米晶的水穩(wěn)特性得到了顯著強(qiáng)化。
【圖文】：

２．１．１量子點(diǎn)的發(fā)光原理逡逑量子點(diǎn)的發(fā)光是由電子、空穴以及周圍環(huán)境的相互作用而引起的，其發(fā)逡逑光原理如圖２．１所示，當(dāng)一束光照射到量子點(diǎn)表面時(shí)，量子點(diǎn)會(huì)吸收能量大逡逑于其禁帶寬的光子，導(dǎo)致其價(jià)帶電子發(fā)生躍遷，從而在價(jià)帶留下空穴。激發(fā)逡逑態(tài)電子可通過不同方式重新返回到基態(tài)。途徑１：電子直接從導(dǎo)帶躍遷回價(jià)逡逑帶與空穴復(fù)合，多余的能量以光的形式釋放，此為輻射躍遷，或以熱的形式逡逑釋放，此為非輻射躍徖；途徑２：導(dǎo)帶上的電子被缺陷態(tài)捕獲，絕大部分的電逡逑子以非輻射的形式而淬滅，只有少數(shù)的電子以光子的形式躍遷到價(jià)帶。逡逑“邐Ｉ邋＼逡逑－４＿，－缺陷態(tài)逡逑？！逡逑｜邋？Ｉ逡逑價(jià)帶■邋－１邋■丨Ｌ－丨十■丨■丨■■丨１■丨ｉ■■丨，逡逑圖２．１半導(dǎo)體置子點(diǎn)的發(fā)光原理示意圖：圖中實(shí)線指輻射躍遷

２．１．１量子點(diǎn)的發(fā)光原理逡逑量子點(diǎn)的發(fā)光是由電子、空穴以及周圍環(huán)境的相互作用而引起的，其發(fā)逡逑光原理如圖２．１所示，當(dāng)一束光照射到量子點(diǎn)表面時(shí)，量子點(diǎn)會(huì)吸收能量大逡逑于其禁帶寬的光子，導(dǎo)致其價(jià)帶電子發(fā)生躍遷，從而在價(jià)帶留下空穴。激發(fā)逡逑態(tài)電子可通過不同方式重新返回到基態(tài)。途徑１：電子直接從導(dǎo)帶躍遷回價(jià)逡逑帶與空穴復(fù)合，，多余的能量以光的形式釋放，此為輻射躍遷，或以熱的形式逡逑釋放，此為非輻射躍徖；途徑２：導(dǎo)帶上的電子被缺陷態(tài)捕獲，絕大部分的電逡逑子以非輻射的形式而淬滅，只有少數(shù)的電子以光子的形式躍遷到價(jià)帶。逡逑“邐Ｉ邋＼逡逑－４＿，－缺陷態(tài)逡逑？！逡逑｜邋？Ｉ逡逑價(jià)帶■邋－１邋■丨Ｌ－丨十■丨■丨■■丨１■丨ｉ■■丨，逡逑圖２．１半導(dǎo)體置子點(diǎn)的發(fā)光原理示意圖：圖中實(shí)線指輻射躍遷
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.1;TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 鄭金桔;曹盛;黃金霞;;過渡金屬M(fèi)n離子摻雜的半導(dǎo)體納米晶研究進(jìn)展[J];重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年04期

本文編號(hào)：2603747