全无机锰掺杂铯铅卤素钙钛矿量子点的合成及机理研究

发布时间：2021-07-10 02:57

　　铅卤素钙钛矿量子点由于具有高的量子产率,可调谐的发光范围和简单的合成方法近年来受到了广泛的关注。掺杂的策略会给铅卤素钙钛矿带来更加理想的光电性能。和未掺杂的卤素钙钛矿相比,掺杂后的卤素钙钛矿有着更加优异的光学性能和电学性能。特别的,Mn²⁺作为一种二价阳离子非常容易替换Pb²⁺离子而掺杂到钙钛矿中。除此之外,合适的铅卤素钙钛矿基质可以敏化Mn²⁺的发光从而丰富钙钛矿量子点的发光颜色。本论文主要对Mn²⁺掺杂钙钛矿量子点的合成,光学性能及掺杂机理进行研究,主要的工作内容如下:1.我们展示了一种新的替换CsPbX₃中Pb²⁺离子的方法,即在室温环境中的动态离子交换的方法来打开[Pb X6]4-的正八面体结构,并可以在几秒内进行快速的Mn-Pb离子交换得到Mn²⁺掺杂CsPbCl₃量子点。重要的是,我们发现是Cl-离子而不是Mn²⁺离子的浓度主要影响反应进行的程度。在这里,我们分别使用了不同的Mn... 

【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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不同A位置离子的ABI3的缺陷容忍度A=Li,Na,K,Rb,Cs,MA,FA

杭州电子科技大学硕士学位论文3的费米面也不会发生变化。除了Rb+离子，其他碱金属离子的掺杂也会给钙钛矿器件带来更加优异的性能。Na+掺杂可以增加钙钛矿的空穴浓度，并且提高载流子的迁移率[46]。Li+掺杂可以增加器件的电子注入能力[47]。特别的是，Abdi-Jalebi课题组报道了K+掺杂的钙钛矿器件，如图1.3，通过K+离子的掺杂可以减少非辐射损失并且可以提高光生载流子的迁移率，使外光致量子效率从8%提升到了66%，内量子效率可以达到95%，并可以发现寿命有明显延长[48]。除了碱金属在光伏器件薄膜中的掺杂，在量子点中的掺杂也有报道。Amgar课题组报道了Rb+离子在CsPbX3(X=Cl,Br)量子点中的掺杂。和未掺杂的量子点相比，Rb+掺杂的量子点展现了更高的量子产率（PLQY）[49]。最近Liu等人报道了通过在CsPbCl3量子点中掺杂K+离子可以使钙钛矿量子点的发光和吸收边的蓝移，并且使量子产率从3.2%提高到了10.3%[50]。1.2.2碱土金属的掺杂Edvinsson等人通过理论计算发现碱土金属二价钡离子（Ba2+），锶离子（Sr2+）和钙离子（Ca2+）是合适的离子来替换铅卤素钙钛矿中的二价铅离子（Pb2+）。通过少量的碱土离子掺杂可以显著的影响钙钛矿的形貌，光学性能和电学性能[51]。例如通过3%的Ba2+离子掺杂可以明显的提高钙钛矿的结晶性，吸收性能和电荷的传输性[52]。Navas等人发现通过少量掺杂Sr2+离子不会改变MAPbI3离子的原本的四方相但是会使能带减少4.5%[53]。图1.3(a)K+掺杂(Cs,FA,MA)Pb(I0.85Br0.15)3薄膜的光致发光量子效率及(b)寿命变化

杭州电子科技大学硕士学位论文4在钙钛矿量子点中掺杂Sr2+离子可以提高量子点的稳定性和发光性能。Rogach等人报道了Sr2+掺杂的CsPbI3量子点[54]。这种方法将SrCl2和PbI2一起作为前驱体溶解，在高温注入油酸铯合成Sr2+掺杂的CsPbI3量子点。通过将半径更小的Sr2+离子（0.118nm）替换Pb2+离子（0.119nm）可以造成略微的晶格收缩。除此之外，通过Cl的掺杂可以进一步钝化晶粒表面。通过Sr2+的掺杂可以减少非辐射弛豫，并提高量子产率。通过14%的Sr2+掺杂，使量子产率提高到84%并且可以使CsPbI3量子点稳定在发光相90天。由这种Sr2+掺杂的CsPbI3量子点作为发光层的LED器件的外量子产率达到13.5%（图1.4）。1.2.3过渡金属掺杂过渡金属掺杂由于可以带来有益的光学，磁性和电学性能在传统II-IV族半导体中有着广泛的研究[55-58]。Mn2+掺杂由于其独特的d-d发射可以得到新的发射峰，有着最为广泛的研究，对于Mn2+掺杂的研究进展将在下一部分详细介绍。在这一小节主要介绍其他过渡金属离子掺杂钙钛矿量子点的研究进展。Van等人使用合成后阳离子交换法成功使用Zn2+和Cd2+离子替换Pb2+离子，实现了过渡族离子的掺杂[59]。如图1.5，通过掺杂导致的晶格收缩调控能带的宽度使发光位置移动到462nm（Cs(PbZn)Br3）和452nm(Cs(PbCd)Br3)。发光蓝移后，钙钛矿量子点仍具有较高的量子产率（>60%），宽的吸收边带和窄的发射峰宽。通过这种阳离子交换的方法可以在保持量子点原有的形貌和性质的条件下实现二价阳离子的掺杂。图1.4(a)Sr2+:CsPbI3量子点的量子产率随掺杂Sr浓度变化及(b)XRD随时间的变化


本文编号：3275044