全無機(jī)鈣鈦礦CsPbX₃（X=Cl,Br,I）納米晶（NCs）是可溶液加工的半導(dǎo)體材料。由于其光致發(fā)光效率（PLQY）高、PL半高寬（FWHM）窄以及特異的與量子限域效應(yīng)相關(guān)的物理性質(zhì),被廣泛地應(yīng)用在發(fā)光二極管（LED）、太陽能電池、光電探測、微激光等領(lǐng)域。本論文主要圍繞鈣鈦礦NCs的制備、性能調(diào)控、表面修飾、摻雜、包覆以及其在電致發(fā)光LED以及白光LED上的應(yīng)用進(jìn)行研究,主要開展以下工作:（1）研究了全光譜的CsPbX₃ NCs,并將其應(yīng)用于單色固態(tài)LED器件。研究發(fā)現(xiàn),鹵素和反應(yīng)溫度對CsPbX₃ NCs形貌及其光學(xué)性能的影響極大。通過反應(yīng)條件的優(yōu)化,得到結(jié)晶度高、分散性好、尺寸均勻和PLQY高的CsPbBr₃ NCs。結(jié)合溫度依賴PL光譜,得出CsPbBr₃ NCs的激子結(jié)合能為38 meV以及光學(xué)聲子能量為15.8 meV。通過調(diào)控鹵素比例,實(shí)現(xiàn)CsPbX₃ NCs在整個可見光區(qū)域的光譜覆蓋。在發(fā)光器件研究方面,選取了不同波長的CsPbX_... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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（a）半導(dǎo)體體材料與NCs的能級結(jié)構(gòu)示意圖，（b）典型半導(dǎo)體NCs的禁帶寬度調(diào)控范圍[6]

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文2圖1.2體材料、NCs、分子、原子的態(tài)密度函數(shù)變化示意圖[7]Fig.1.2Schematicdiagramchangesofstatedensityfunctionforbulkmaterials,NCs,moleculesandatoms[7]態(tài)密度函數(shù)可以用來表示NCs中分立的能級和量子化的能量（圖1.2）。當(dāng)尺寸減少到能量間隔大于KT（T為溫度，K為玻爾茲曼常數(shù)）時，即尺寸小于玻爾半徑時，量子限域效應(yīng)可以被明顯的觀察到。當(dāng)能量間隔大于KT時，空穴和電子的活動范圍被束縛在NCs內(nèi)部，表現(xiàn)出NCs的性質(zhì)。對于一種體材料而言，其態(tài)密度的表達(dá)式為[7]：dNdE∝ddEE3/2=E1/2（1.1）是連續(xù)曲線，呈拋物線狀。對于NCs而言，其態(tài)密度函數(shù)則是一系列孤立的線狀δ函數(shù)[8]：dNdE∝ddE∑H(E-εi)εi=∑δ(E-εi)εi（1.2）其中，εi是分立的能級，H是單位階躍（Heavisidestep）函數(shù)。這種離散的能級造成NCs與體材料有著不同的態(tài)密度，進(jìn)而導(dǎo)致不同于體材料的力、熱、光、電等性質(zhì)，統(tǒng)稱為NCs的量子效應(yīng)。1.2.1量子限域效應(yīng)

1緒論3圖1.3不同粒徑CH3NH3PbBr3NCs的（a）紫外燈照射下照片以及（b）PL光譜[9]Fig.1.3(a)EmissionpicturesunderUVlightand(b)PLspectraofCH3NH3PbBr3NCswithdifferentparticlesizes[9]在NCs中，電子和空穴相互作用為庫侖力形式，其單電子-空穴對的哈密頓量是：H=-22me*e2-22mh*h2-e2ε|re-rh|+Ve(re)+Vh(rh)(1.3)在半導(dǎo)體體材料中，導(dǎo)致電子和空穴束縛在一起的庫侖力很小，促使他們形成自由載流子。載流子的運(yùn)動分為相位運(yùn)動和質(zhì)心運(yùn)動兩部分。但是在NCs內(nèi)，電子和空穴不能簡單地再以這兩部分相對運(yùn)動來區(qū)分。NCs量子限域效應(yīng)的閾值是其激子玻爾半徑，該半徑定義為：rB=2εe2(1me+1mh)(1.4)其中，mh和me分別是空穴和電子的有效質(zhì)量，ε為材料的介電常數(shù)。當(dāng)NCs的尺寸R≤rB時，電子和空穴的波函數(shù)的交疊程度增加，使它們的相干性增強(qiáng)，導(dǎo)致激子系數(shù)增大，在宏觀上表現(xiàn)出藍(lán)移。以CH3NH3PbBr3鈣鈦礦NCs為例，其PL光譜可以從520nm藍(lán)移到475nm，如圖1.3所示[9]。使用Brus公式（有效質(zhì)量近似模型）可以較為準(zhǔn)確地描述帶隙的變化[10]：△Eg=Er-Eg=2εe2(1me+1mh)-1.786e2εr-0.248ERy*(1.5)其中，Eg為帶隙，r為NCs半徑，ERy*（μe4/2π2h2）為有效里德伯量。對此公式可

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈣鈦礦太陽電池吸光層材料研究進(jìn)展[J]. 曬旭霞,李丹,劉雙雙,李浩,王鳴魁.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(09)



本文編號：3141101