离子掺杂无铅双钙钛矿纳米晶的合成及其光学性质的研究

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近年来,卤化铅基钙钛矿纳米晶具有窄的发射线宽,超凡的光致发光量子产率,宽的色域以及可调节带隙等独特的光电特性,在太阳能电池、光电探测器和发光二极管等光电领域显示出巨大的应用潜力。然而,由于铅离子的毒性以及固有的相不稳定性,卤化铅基钙钛矿纳米晶离进一步的大规模商业或工业应用还很遥远。在这种背景下,通过用低毒性的金属元素取代铅而制备全无机无铅金属卤化物钙钛矿纳米晶,同时可以保持较好的光电性能和更好的稳定性,对未来具有重要的应用意义。无铅卤化物双钙钛矿纳米晶因其独特的三维(3D)结构、电子对环境友好以及较好的空气稳定性而备受关注。同时,金属掺杂不会改变原始材料的基本结构和属性,却具有改变其带隙以及提高其光电性能的优点。因此,受到这些实验及理论研究启发,制备了离子掺杂无铅双钙钛矿纳米晶,并且探究了其光学性质。此外,由于热注入法合成时的高温以及惰性氛围保护的较高要求,在这方面,选择使用了简单便捷的室温合成的胶体方法来制备金属掺杂的双钙钛矿纳米晶样品。在本文实验中,主要是从形貌、光学性质以及稳定性等方面对离子掺杂双钙钛矿样品进行了探究。具体内容如下:(1)铜掺杂的全无机锑基双钙钛矿纳米晶的制备及其光学性质研究在室温下,借助配体辅助重结晶的方法成功合成了全无机铜掺杂(x=0~0.50)的无铅Cs2Sb Ag Cl6双钙钛矿纳米晶(NCs)。掺杂后钙钛矿的带隙呈现出从2.71 e V(未掺杂Cs2Sb Ag Cl6)到~1.62 e V(Cs2Sb Ag Cl6:30%Cu)的显著转变。同时,Cu掺杂的Cs2Sb Ag Cl6NCs表现出优异的长期环境稳定性和蓝光的强发射,光致发光量子产率(PLQY)达到56%。(2)锑掺杂的全无机铟基双钙钛矿纳米晶的制备及其光学性质研究在本章研究中,选择用配体辅助重结晶将三价阳离子Sb3+掺杂进入Cs2In Na Cl6双钙钛矿纳米晶中,通过改变电子能带结构来打破奇偶禁止的限制,实现非辐射重组,从而增强其光学性能。制备的Cs2In Na Cl6:x Sb(x=0、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50)NCs表现出强蓝光发射,PLQY高达68.41%。这些Cs2In Na Cl6:x Sb NCs具有结构和紫外光照明稳定性。理论计算证实,优化的Sb3+掺杂浓度可以有效地调节奇偶禁止跃迁规则的弛豫,提高PLQY。这些高发射率、稳定的Sb3+掺杂Cs2In Na Cl6无铅双钙钛矿NCs可以有效地弥补蓝光材料在光电领域的不足。
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