基于有机配体调控的二维有机无机杂化钙钛矿的制备及其光电性质

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目前有机无机杂化钙钛矿材料广泛地应用于太阳能电池、发光二极管、光电探测等光电器件领域。相比于其他的光电材料,钙钛矿的制备方法简单、成本低廉。在光电性能上,钙钛矿具有高的光电转换效率、大的载流子扩散长度以及较低的缺陷态密度。而其中二维有机无机杂化钙钛矿的光电性质更易调节,同时在空气当中具有更好的稳定性。本文的第一章综述了二维有机无机杂化钙钛矿材料的研究现状、制备方法以及光电应用,并且引出了本文的研究背景以及研究意义。第二章介绍了制备二维有机无机杂化钙钛矿的实验原材料,基础表征设备的工作原理和操作参数,光学表征的设备工作原理和操作参数。第三章引入不同链长的有机胺分子到钙钛矿中,研究在不同的链长下对其光电性质的影响。二维(2D)有机-无机杂化钙钛矿(OIHPs)由于其易于合成和出色的光电性能而被研究应用于太阳能电池、光电探测器和光电传感器。我们合成了三种具有不同长度有机链的二维有机无机杂化钙钛矿,分别为(CH3(CH2)3NH3)2Pb I4(C4,(BA)2Pb I4)、(CH3(CH2)5NH3)2Pb I4(C6,(HA)2Pb I4)和(CH3(CH2)7NH3)2Pb I4(C8,(OA)2Pb I4),并研究了它们的光电性能。随着有机链长度的增加,钙钛矿无机层的层间距、带隙和空气稳定性也相应增加。另外,当这三种具有不同长度有机链的钙钛矿被应用于光电探测器时,其光电响应和稳定性可调节。该结果为通过调节不同的有机阳离子合成不同的OIHP提供了一种有效的方法,有助于拓宽OIHP在光电器件中的应用。第四章介绍了基于荧光有机基团修饰的二维有机无机杂化钙钛矿的制备及其发光性质。室温磷光(RTP)是一种光物理过程,在有机分子中产生三重态激子,然后辐射到基态而发光。RTP材料已在各种光电应用中得到了广泛的研究,例如有机发光二极管(OLED)、光学防伪、生物成像等。尽管室温磷光表现出独特的优势,但目前很难在二维有机-无机杂化钙钛矿中探测到室温磷光。在这项工作中,将萘甲基胺(NEA)(一种三线态能级低于无机层[Pb Br4]2-的典型有机荧光分子)掺杂到二维钙钛矿(C6H5C2H4NH3)2Pb Br4((PEA)2Pb Br4)中,掺杂后激子的能量从无机成分转移到有机三重态,然后生成室温磷光。对于(PEA)0.8(NEA)1.2Pb Br4材料,其发射峰在473 nm处,磷光寿命可以达到2.95 ms,并且在365 nm紫外光激发下光致发光光谱可以覆盖整个可见光谱。这些结果提供了一种有效的策略,可通过改变有机荧光分子的比例来调节钙钛矿材料中的室温磷光,这对于OIHP在光电领域的应用也至关重要。第五章对该研究课题提出总结与展望。
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