【摘 要】
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全无机卤化物钙钛矿量子点(CsPbX3,X=Cl,Br,I或它们的混合物)由于其优异的光电性能,在钙钛矿太阳能电池(PSCs)、激光器、发光器件(LEDs)和光探测器等领域得到了广泛的应用。在Cs Pb X3材料中,发绿光Cs Pb Br3和红光Cs Pb I3量子点的光致发光量子产率(PLQYs)已达到90%以上,相比之下,蓝紫光发射的Cs Pb Cl3量子点的PLQY相对较低。由于Cs Pb
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全无机卤化物钙钛矿量子点(CsPbX3,X=Cl,Br,I或它们的混合物)由于其优异的光电性能,在钙钛矿太阳能电池(PSCs)、激光器、发光器件(LEDs)和光探测器等领域得到了广泛的应用。在Cs Pb X3材料中,发绿光Cs Pb Br3和红光Cs Pb I3量子点的光致发光量子产率(PLQYs)已达到90%以上,相比之下,蓝紫光发射的Cs Pb Cl3量子点的PLQY相对较低。由于Cs Pb Cl3纳米晶的宽禁带宽度(3.0 eV)较大,容易造成氯空位(VCl)等深能级缺陷的形成,影响晶格结构,降低Cs Pb Cl3纳米晶的发光性能,极大地限制了Cs Pb Cl3量子点的进一步发展。目前,改变量子点光电性质,提高其稳定性的有效途径主要有离子掺杂和表面配体修饰等,因此,本文从离子掺杂和表面配体修饰两个方向出发,对Cs Pb Cl3量子点进行了研究,并且介绍了Cs Pb Cl3量子点的制备方法,缺陷钝化方案及功能应用等,主要研究工作如下:(1)采用合成后处理的方法,成功将Cu2+离子掺入到Cs Pb Cl3量子点中,Cu2+离子的适当引入,能够优化晶体结构,减少晶体内部的缺陷,并且卤化物盐提供的富Cl的环境有利于钝化表面缺陷,通过X射线光电子能谱(XPS)成功证明了Cu2+离子的成功掺入,当2%的Cu Cl2溶液处理Cs Pb Cl3时,Cs Pb Cl3量子点的发光性能有了显著的提高,PLQY可以从5%提升到15%左右。最后,将处理溶液由CuCl2换成CuBr2溶液,发现量子点的发光性能也有明显的提高。(2)选取噻吩衍生物(TBA)作为配体,通过热注入法将其引入Mn:Cs Pb Cl3量子点中,成功合成了TBA修饰的Mn:Cs Pb Cl3量子点,TBA的引入钝化了表面缺陷,降低了非辐射陷阱态,提高了Mn:Cs Pb Cl3量子点的光致发光强度,Mn:Cs Pb Cl3的PLQY从46%增加到的93%。通过X射线光电子能谱(XPS),核磁共振谱(~1H-NMR)及傅里叶红外光谱(FT-IR)测试,证明了TBA的存在及其钝化作用。TBA的钝化作用是由于噻吩添加剂中的硫与量子点中未配位铅离子结合所致,减少了表面缺陷,因此提高了量子点的性能。同时我们还将TBA引入到Cs Pb Br2Cl和Cs Pb Cl3量子点中,发现引入TBA作为配体后量子点的发光性能都有提升,证明了TBA作为配体修饰量子点的这种策略具有普适性。(3)通过一系列的稳定性对比测试,包括热稳定性、湿度稳定性、贮存稳定性和纯化稳定性,证明了TBA修饰Mn:Cs Pb Cl3量子点的策略能够很好提高稳定性,进一步拓展量子点应用,同时制备了TBA修饰的Mn:Cs Pb Cl3量子点薄膜,通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)测试,证明了制备的薄膜平滑致密。最后,将TBA-Mn:Cs Pb Cl3量子点作为发光材料制备了相应的LED器件,在3.7 V下获得了11160 cd m-2的高亮度发光。
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