由于具有光吸收系数高、载流子扩散长度大、缺陷容忍度高等优点,有机-无机杂化钙钛矿材料（如CH₃NH₃PbI₃、CH₄（NH₂）₃PbI₃等）应用于太阳能电池后,在提升光电转换效率方面取得了快速进展。进一步研究表明,由于拥有直接带隙、带隙大小连续可调、荧光量子产率高等特点,有机-无机杂化钙钛矿材料同样适用于制备发光器件,实践也证明了其在白光照明、激光器和发光二极管等领域的广阔应用前景。2015年Protesescu等人用铯离子（Cs⁺）取代了有机-无机杂化钙钛矿中的有机离子,制备了全无机的CsPbX₃（X=Cl、Br、I）纳米晶,在显著提高材料稳定性的同时,荧光量子产率、发光色纯度、发光波长范围等也得到明显提升。但是,CsPbX₃钙钛矿纳米晶对水、氧、光和热的稳定性仍不够理想,某些波长的荧光量子产率也有待进一步提高。因此,在改善CsPbX₃钙钛矿纳米晶稳定性的同时,进一步提升其荧光量子产率,成为其能否大规模应用于发光器件的关键。元素掺杂是调整半导体材料基本物理特性的一种有效方法。其优点是在不改变材料原有晶体结构的情况下,通过将掺杂原子引入目标晶体来改变材料的基本物理特性。因此,对CsPbX₃钙钛矿纳米晶进行元素掺杂,有可能同时改善其稳定性和提高其光电性能。基于这个思路,本课题首先制备了全无机的CsPbBr₃纳米晶,然后研究了卤素调控、Mn²⁺和Na⁺离子掺杂对CsPbBr₃钙钛矿纳米晶发光和稳定性等材料特性的影响。实验采用溶液法制备CsPbX₃纳米晶及Mn²⁺和Na⁺离子掺杂的CsPbBr₃纳米晶,并通过合成条件优化、卤素组分调控和掺杂浓度调整等手段,达到同时改善纳米晶发光特性和稳定性的目的,为后续的器件应用奠定基础。论文取得的主要研究结果如下:（1）CsPbX₃纳米晶的合成、卤素调控与发光特性在CsPbX₃（X=Cl、Br、I）纳米晶体系中,CsPbBr₃纳米晶是目前研究最多、稳定性最好、荧光量子产率最高的一种。同时,通过对CsPbBr₃纳米晶进行Cl^-和I^-离子掺杂,能够实现从绿色荧光发射向短波长的蓝色和长波长的红色荧光发射的调控。因此,本论文首先采用高温热注入法制备出尺寸均匀、发光单色性好、荧光量子产率高的CsPbBr₃纳米晶。通过对合成过程中合成温度、生长时间、表面活性剂浓度等条件进行调节,对CsPbBr₃钙钛矿纳米晶的生长过程和生长动力进行了研究。通过卤素的成分调控,实现了CsPbX₃纳米晶从410 nm到685 nm波长范围内荧光发射的连续可调,并获得了最高93%的荧光量子产率,这表明本研究实现了可见光区的全彩色荧光发射CsPbX₃纳米晶的高质量合成。（2）Mn²⁺掺杂CsPbBr₃纳米晶的制备与发光特性CsPbBr₃纳米晶遇水容易分解,导致其包含的Pb²⁺离子进入水体从而造成重金属污染。因此,开发无铅或少铅的无机钙钛矿纳米晶是有必要的。金属Mn元素具有低毒性、廉价易得、高丰度和容易形成掺杂能级等优点,因此可以考虑通过掺Mn²⁺来降低CsPbBr₃纳米晶中Pb²⁺离子的含量。在之前合成高质量CsPbBr₃纳米晶的基础上,我们尝试对其进行Mn²⁺掺杂,以探索掺杂在无机钙钛矿纳米晶中的实现方式,以及其对材料特性的影响。实验发现,对于CsPbCl₃纳米晶,很容易通过在原料中添加MnCl₂实现Mn²⁺掺杂;而对CsPbBr₃纳米晶,采用MnBr₂进行Mn²⁺掺杂并不能获得Mn²⁺对应掺杂能级的荧光发射。因此,实验中采用了在原料中添加MnCl₂的方式对CsPbBr₃纳米晶进行Mn²⁺掺杂。结果表明,Mn²⁺离子掺杂,可以有效调控CsPbBr₃纳米晶的荧光发射波长。随着Mn²⁺掺杂量提高,CsPbBr₃纳米晶的本征荧光发射峰强度逐步减小,Mn²⁺对应掺杂能级的荧光发射峰强度逐渐增大。时间分辨荧光测试结果表明,Mn²⁺掺杂使CsPbBr₃纳米晶光生载流子的复合路径发生了变化。通过以上测试结果分析,我们认为Mn²⁺掺杂在CsPbBr₃纳米晶能带中形成了新的掺杂能级,导致被激发到CsPbBr₃纳米晶导带的光生电子,不再通过带带跃迁回到其价带顶,而是先转移到Mn²⁺的掺杂能级,然后再通过辐射跃迁回到价带顶,从而实现Mn²⁺对应掺杂能级的荧光发射。同时,Mn²⁺的掺杂改变了CsPbBr₃纳米晶的形成能,使CsPbBr₃纳米晶的晶体结构由对称性较低的四方相,转变为对称性较高立方相。随着掺杂浓度的提高,X射线衍射峰位向大角度方向有规律地移动,表明Mn²⁺掺杂的机制可能是通过取代离子半径较大的Pb²⁺实现。X射线光电子能谱的结果也进一步印证了Mn²⁺掺杂引起了CsPbBr₃纳米晶内部原子化学环境的变化。值得一提的是,在保持高的荧光发射强度的同时,Mn²⁺在CsPbBr₃纳米晶中实现了高达70 mol%的掺杂比,这对于降低CsPbBr₃纳米晶的Pb²⁺含量具有很大的意义。而且,Mn²⁺掺杂后CsPbBr₃纳米晶水汽稳定性的大幅改善,有利于CsPbBr₃纳米晶在发光器件方面的实际应用。（3）Na⁺掺杂CsPbBr₃纳米晶的制备与发光特性无机CsPbBr₃钙钛矿纳米晶拥有优良的光学性能,其主要问题在于材料稳定性差。如果能够采用化学性质稳定、同时又不引入掺杂能级的碱金属离子对CsPbBr₃纳米晶进行掺杂,则有可能在不改变其优异发光性能的情况下大幅度改善材料的稳定性。实验结果表明,与未掺杂的CsPbBr₃纳米晶相比,Na⁺掺杂CsPbBr₃纳米晶发光具有更好的色纯度和更高的荧光量子产率。并且随着掺杂浓度的增加,荧光发射谱峰位发生蓝移。一方面,掺杂Na⁺离子的钝化效应可以显著降低CsPbBr₃纳米晶中非辐射中心的浓度,这与掺杂后荧光寿命增加的结果一致。另一方面,密度泛函理论计算表明,Na⁺在CsPbBr₃中是以取代Pb²⁺的形式存在的,这是因为在相比于Na间隙（Na_i）和Na取代Cs(Na_Cs),Na取代Pb(Na_Pb)缺陷具有更低的形成能。同时,Na⁺掺杂增大了CsPbBr₃纳米晶的光学带隙,使得荧光发射峰位发生蓝移。更为重要的是,Na⁺掺杂使结构中Br空位(V_Br-)的扩散势垒大大提升,这有利于增强材料的稳定性。进一步的实验结果也表明,Na⁺掺杂CsPbBr₃纳米晶在紫外光、热和水汽环境下的稳定性均较未掺杂的CsPbBr₃纳米晶有了大幅度改善,这与V^-_Br扩散势垒增大的计算结果一致。采用Na⁺掺杂的CsPbBr₃纳米晶作为固态荧光粉,我们制备出白光发光二极管,其色坐标为（0.31,0.33）,色温为6652 K,显色指数为75.2,光能效达到67.3 lm/W。该器件显示出良好的工作稳定性,在大气环境下连续运行500小时后,发光强度仅衰减15%,其稳定性远远优于以未掺杂CsPbBr₃纳米晶作为荧光粉的对比器件。该研究为提高CsPbBr₃纳米晶的发光效率和稳定性提供了可供借鉴的方法,使其在照明和显示领域的应用成为可能。