【摘要】：金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其載流子遷移率高、擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)以及光學(xué)帶隙合適而被認(rèn)為是目前最有競(jìng)爭(zhēng)力的新型光伏材料之一。并且,得益于其優(yōu)異的發(fā)光性能,這類材料在發(fā)光二極管(LED)、激光、光電探測(cè)器等領(lǐng)域均擁有廣闊的應(yīng)用潛力。相對(duì)的,盡管傳統(tǒng)的三維(3D)有機(jī)-無(wú)機(jī)鉛鹵鈣鈦礦材料表現(xiàn)出了杰出的光學(xué)性能,其穩(wěn)定性卻非常差,可能制約其潛在商業(yè)化應(yīng)用。近年來(lái),針對(duì)鈣鈦礦材料穩(wěn)定性提升的研究一直備受重視。其中,引入二維(2D)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)與制備純無(wú)機(jī)鈣鈦礦為兩種有效的解決途徑。然而,關(guān)于2D鈣鈦礦光學(xué)性能的研究仍處在初期,其發(fā)光機(jī)理仍不十分明朗。無(wú)機(jī)鈣鈦礦則以液相法制備的納米晶為主,需要在合適的溶劑中配制成膠體溶液保存。鈣鈦礦的較強(qiáng)離子特性使得溶劑的選擇十分有限,極大地影響了器件制備過(guò)程中薄膜的旋涂,亦由此制約了無(wú)機(jī)鈣鈦礦納米晶的商業(yè)化器件應(yīng)用。因此,理解2D鈣鈦礦材料的發(fā)光機(jī)理與實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)鈣鈦礦的固態(tài)保存研究對(duì)提升鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性有著重要的意義。本論文以鉛鹵鈣鈦礦材料為研究對(duì)象,目的是提升鈣鈦礦材料的發(fā)光效率與穩(wěn)定性。一方面利用系統(tǒng)的光致發(fā)光(PL)光譜表征研究了 2D鈣鈦礦材料的發(fā)光機(jī)理,并考察了有機(jī)配體長(zhǎng)度對(duì)其激子特性的影響。另一方面,在無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料的制備上作了新的嘗試,實(shí)現(xiàn)其固態(tài)保存。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:1、首先,本文使用一種層溶液法,制備了一種2D層狀的(C6H5C2H4NH3)2PbI4(PEPI)有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦單晶,通過(guò)系統(tǒng)的PL表征,研究了該材料的激子特性。首次將激子輻射復(fù)合壽命隨溫度的變化趨勢(shì)引入到鈣鈦礦材料的發(fā)光機(jī)理中,并由此揭露了該單晶粉末的3個(gè)激子發(fā)射峰的發(fā)光機(jī)理:自由激子產(chǎn)生的0D局域態(tài)激子復(fù)合,2D局域態(tài)激子復(fù)合和自陷激子復(fù)合。2、本文改變有機(jī)配體長(zhǎng)度,考察了有機(jī)配體長(zhǎng)度對(duì)2D有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦發(fā)光性能的影響。隨著有機(jī)配體從卞胺(PMA)增長(zhǎng)至苯丁胺(PBA),相應(yīng)的2D鈣鈦礦單晶的主要PL發(fā)射峰藍(lán)移、內(nèi)量子效率(IQE)升高,且發(fā)生結(jié)構(gòu)重組而引發(fā)1D局域態(tài)激子復(fù)合。本文首次在實(shí)驗(yàn)上證明了有機(jī)配體較長(zhǎng)時(shí)2D鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)重組現(xiàn)象,并提出了 一種通過(guò)改變有機(jī)配體長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)2D鈣鈦礦發(fā)光效率提升的新思路。3、本文在鈣鈦礦材料的超薄制備上作了嘗試,并初步研究了產(chǎn)物的光學(xué)性質(zhì)。一方面,使用超聲輔助液相剝離制備了原子級(jí)厚度2D鈣鈦礦納米片。通過(guò)選取極性較弱的溶劑作為剝離液以及溫和的超聲條件,合成了厚度為單層至少數(shù)幾層的2D鈣鈦礦。另一方面,使用液相熱澆筑法制備了超薄碘化鉛(PbI2)納米片,并通過(guò)化學(xué)氣象沉積(CVD)過(guò)程將其轉(zhuǎn)變?yōu)槿珶o(wú)機(jī)CsPbI3鈣鈦礦納米片。所得納米片產(chǎn)物的形貌及厚度與反應(yīng)溫度密切相關(guān)。4、最后,本文將無(wú)機(jī)鈣鈦礦納米晶CsPbBr3NCs填入到一種金屬-有機(jī)框架材料(MOF)的孔隙中,制備了 一種粉末狀的CsPbBr3納米晶(NCs)/uio-66復(fù)合材料。該材料的制備過(guò)程中,CsPbBr3NCs進(jìn)入到uio-66的孔隙中,并形核長(zhǎng)大,且在160℃的反應(yīng)溫度下即達(dá)到最大尺寸。該CsPbBr3NCs/uio-66粉末具備比己烷中保存的CsPbBr3NCs更為優(yōu)異的發(fā)光穩(wěn)定性,為實(shí)現(xiàn)CsPbBr3NCs的固態(tài)粉末狀保存提供了一種思路。
【圖文】：

１３｜。逡逑與之相對(duì)的，一種層狀結(jié)構(gòu)的Ｒｕｄｄｌｅｓｄｅｎ－Ｐｏｐｐｅｒ邋２邋Ｄ輯鐵礦材料因其優(yōu)越的逡逑環(huán)境穩(wěn)定性而備受關(guān)注。如圖１．１所示，關(guān)于２Ｄ鈣鈦礦的文獻(xiàn)報(bào)道從２０１４年的逡逑Ｉ篇迅速增加到２０１７年的４２篇。時(shí)至今日，２Ｄ鈣鈦礦材料已被證明具有豐富逡逑可調(diào)的光電性能、優(yōu)良的發(fā)光效率及較大的比表面積而在光電領(lǐng)域具有良好的應(yīng)逡逑用前景［９，１４，１５］。例如，，基于層狀２０鈣鈦礦結(jié)構(gòu)制備的太陽(yáng)能電池在徸到１２．５２％逡逑的ＰＣＥ的同時(shí)具備良好的器件穩(wěn)定性［８１。然而，該材料具備的獨(dú)特２Ｄ結(jié)構(gòu)也帶逡逑來(lái)一些不利的特性。彼此分離的鈣鈦礦層減少了載流子的遷移率，引起電荷積累逡逑及輻射復(fù)合損失，并因此顯著降低了器件性能［１６＿１７１。此外，２Ｄ鈣鈦礦的發(fā)光機(jī)逡逑理尚不十分明朗，激子復(fù)合來(lái)源亦存在爭(zhēng)議。逡逑４２逡逑？：逡逑ｃ邋？－逡逑＃0逡逑Ｗ邋３０＇逡逑Ｕ逡逑ｓ邐２３逡逑｜７逡逑０－１邐１邐ｒ—邐１邐．邐１逡逑２０１７邐２０１６邐２０１５邐２０１４逡逑Ｙｅａｒ

逡逑２．２．２晶體結(jié)構(gòu)及調(diào)控逡逑鈣鈦礦泛指晶體結(jié)構(gòu)可以用ＡＢＸ３通式來(lái)表示的一類材料。如圖２．２所示，逡逑在該結(jié)構(gòu)中，Ａ和Ｂ為正價(jià)態(tài)，且Ａ的尺寸大于Ｂ，而Ｘ為負(fù)價(jià)態(tài)，一般為鹵逡逑素。Ａ、Ｂ和Ｘ具有固定的位置，而ＡＢＸ３型鈣鈦礦則代表了共點(diǎn)正八面體排列逡逑６逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1;TQ422

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本文編號(hào)：2688201