【摘要】：金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其載流子遷移率高、擴散長度長以及光學帶隙合適而被認為是目前最有競爭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、光電探測器等領域均擁有廣闊的應用潛力。相對的,盡管傳統(tǒng)的三維(3D)有機-無機鉛鹵鈣鈦礦材料表現(xiàn)出了杰出的光學性能,其穩(wěn)定性卻非常差,可能制約其潛在商業(yè)化應用。近年來,針對鈣鈦礦材料穩(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)與制備純無機鈣鈦礦為兩種有效的解決途徑。然而,關于2D鈣鈦礦光學性能的研究仍處在初期,其發(fā)光機理仍不十分明朗。無機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程中薄膜的旋涂,亦由此制約了無機鈣鈦礦納米晶的商業(yè)化器件應用。因此,理解2D鈣鈦礦材料的發(fā)光機理與實現(xiàn)無機鈣鈦礦的固態(tài)保存研究對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)光機理,并考察了有機配體長度對其激子特性的影響。另一方面,在無機鈣鈦礦材料的制備上作了新的嘗試,實現(xiàn)其固態(tài)保存。本文的主要研究內(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-無機鈣鈦礦單晶,通過系統(tǒng)的PL表征,研究了該材料的激子特性。首次將激子輻射復合壽命隨溫度的變化趨勢引入到鈣鈦礦材料的發(fā)光機理中,并由此揭露了該單晶粉末的3個激子發(fā)射峰的發(fā)光機理:自由激子產(chǎn)生的0D局域態(tài)激子復合,2D局域態(tài)激子復合和自陷激子復合。2、本文改變有機配體長度,考察了有機配體長度對2D有機-無機雜化鈣鈦礦發(fā)光性能的影響。隨著有機配體從卞胺(PMA)增長至苯丁胺(PBA),相應的2D鈣鈦礦單晶的主要PL發(fā)射峰藍移、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)激子復合。本文首次在實驗上證明了有機配體較長時2D鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)重組現(xiàn)象,并提出了 一種通過改變有機配體長度來實現(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)物的光學性質(zhì)。一方面,使用超聲輔助液相剝離制備了原子級厚度2D鈣鈦礦納米片。通過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,并通過化學氣象沉積(CVD)過程將其轉(zhuǎn)變?yōu)槿珶o機CsPbI3鈣鈦礦納米片。所得納米片產(chǎn)物的形貌及厚度與反應溫度密切相關。4、最后,本文將無機鈣鈦礦納米晶CsPbBr3NCs填入到一種金屬-有機框架材料(MOF)的孔隙中,制備了 一種粉末狀的CsPbBr3納米晶(NCs)/uio-66復合材料。該材料的制備過程中,CsPbBr3NCs進入到uio-66的孔隙中,并形核長大,且在160℃的反應溫度下即達到最大尺寸。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)定性而備受關注。如圖１．１所示，關于２Ｄ鈣鈦礦的文獻報道從２０１４年的逡逑Ｉ篇迅速增加到２０１７年的４２篇。時至今日，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域具有良好的應逡逑用前景［９，１４，１５］。例如，，基于層狀２０鈣鈦礦結(jié)構(gòu)制備的太陽能電池在徸到１２．５２％逡逑的ＰＣＥ的同時具備良好的器件穩(wěn)定性［８１。然而，該材料具備的獨特２Ｄ結(jié)構(gòu)也帶逡逑來一些不利的特性。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)光機逡逑理尚不十分明朗，激子復合來源亦存在爭議。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為正價態(tài)，且Ａ的尺寸大于Ｂ，而Ｘ為負價態(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正八面體排列逡逑６逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TQ422

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本文編號：2688201