铅卤基钙钛矿的发光调控及光电器件的研究

CIOMP OpenIR

	铅卤基钙钛矿的发光调控及光电器件的研究
	梅晶晶
学位类型	博士
导师	赵东旭
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	发光调控有机无机复合钙钛矿光电探测器全无机钙钛矿量子点能量转移发光二极管
摘要	21世纪,半导体材料仍是光电功能材料研发的主流。2009年有机无机复合钙钛矿在太阳能电池领域取得重大突破,铅卤基钙钛矿作为一种新型半导体材料横空出世。研究者们对其性质、应用等都产生了浓厚的兴趣。不到十年间,钙钛矿材料的研究取得了空前未有的进展。有机无机复合钙钛矿由于具有宽光谱范围内的高吸收系数、高载流子迁移率、长载流子扩散距离、浅缺陷能级等优点广泛应用于光捕获器件,如光探测器、太阳能电池等。而全无机钙钛矿量子点由于具有量子产率高、发光波长易于调控、缺陷密度少等优点大量应用于光发射器件,如发光二极管等。为了拓展钙钛矿材料的应用,人们对钙钛矿材料的性质研究是不会停歇的。本论文根据不同组成、维度的铅卤基钙钛矿材料的特性,采用多种手段调控了有机无机复合钙钛矿多晶薄膜和全无机钙钛矿量子点材料的发光性质,以分别满足它们在光探测器和发光二极管领域的需求,总的来说主要分为以下几个方面:(1)制备了有机无机复合钙钛矿CH_3NH_3PbBr_(3–x)–x I_x和CH_3NH_3PbI_3多晶薄膜,观察到其光致发光峰随时间的变化过程,利用Ag纳米线调控了薄膜光致发光峰到达稳定值的时间。在CH_3NH_3PbBr_(3–x)I_x掺入Ag纳米线,加速了钙钛矿中CH_3NH_3~+的重排,从而减少了CH_3NH_3PbBr_(3–x)I_x薄膜的光致发光峰到达稳定值的时间。(2)将CH_3NH_3PbBr_(3–x)I_x薄膜直接沉积在Au叉指电极上,制备了具有对称结构的CH_3NH_3PbBr_(3–x)I_x光导型探测器。研究了不同钙钛矿前体浓度(10 wt%、20 wt%、30 wt%)对CH_3NH_3PbBr_(3–x)I_x光探测器性能的影响。证明前体浓度为20wt%时,该光探测器性能最优异。20 wt%CH_3NH_3PbBr_(3–x)–x I_x光探测器的光响应度为55 mA/W,明暗电流抑制比为10~3,其响应所需时间小于20μs,这个响应速度在当时为钙钛矿光探测器中的佼佼者。为了验证含其它卤素的有机无机复合钙钛矿是否能应用于光探测器,采用相同结构制备了CH_3NH_3PbI_3光探测器,其也具备良好的光探测性能,响应速度也较快,而且由于CH_3NH_3PbI_3光吸收范围宽,该器件的光探测范围覆盖到了整个可见光区域。(3)上述光探测器的光响应曲线中都有明显的跳点。Ag纳米线掺入CH_3NH_3PbBr_(3–x)I_x形成的混合薄膜作为吸收层制备了同样结构的光探测器,其对不同波长的入射光也有明显的光响应,不仅器件光响应曲线中的跳点消失,光探测范围也有所增加。(4)合成了全无机钙钛矿量子点CsPbX_3(X=Cl、Br、I),利用不同极性的溶剂实现了对CsPbBr_3量子点溶液发光中心的调控。将CsPbBr_3量子点溶于不同极性的溶剂中,观察到在弱极性溶剂中CsPbBr_3量子点溶液呈绿色发光;但是在极性溶剂中,量子点溶液呈现蓝色发光,通过XPS、XRD证明了极性溶液中量子点钙钛矿结构的完整性。并阐明极性溶剂中的蓝色发光是来源于CsPbBr_3量子点表面的有机基团和溶剂分子相互作用形成的新发光中心。(5)通过光致发光光谱、时间分辨荧光光谱阐述了CsPbBr_3量子点在极性溶剂中的Dexter能量转移现象。CsPbBr_3量子点本身为能量给体,表面基团和溶剂分子构成的发光中心为能量受体。并通过飞秒瞬态吸收光谱进一步证明和阐述了能量转移的过程,激发态的CsPbBr_3量子点将电子传递给表面基团和溶剂分子组成的发光中心,从而引发了能量传递。(6)利用含不同卤素的溶剂实现了对无机钙钛矿量子点溶液发光波长的调控。将CsPbBr_3量子点溶入含不同卤素的溶剂中,利用合成后的离子交换反应得到了CsPbCl_xBr_(3-x)和CsPbBr_(3-x)I_x,其发光波长可被调控到378~672 nm,覆盖了紫外到可见光区域。此基础上我们制备了结构为ITO/ZnO/CsPbX_3 QDs/CBP/Au的发光二极管,通过调节CsPbX_3量子点发光波长获得了电致发光波长分别为495nm、508 nm、514 nm的器件,该LED的发光层、空穴传输层、电子注入层全部采用旋涂法沉积,降低了器件成本。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61673
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	梅晶晶. 铅卤基钙钛矿的发光调控及光电器件的研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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铅卤基钙钛矿的发光调控及光电器件的研究.（6948KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文