无机铅卤钙钛矿的可控合成及铕离子掺杂的改性研究
发布时间：2022-02-10 11:07
无机铅卤钙钛矿纳米晶（CsPbX3,X=I,Br,Cl）,因其荧光量子产率高、发射光谱窄、发射波段覆盖整个可见光范围（400-700 nm）等优异的光学特性,在照明显示领域表现出巨大的应用前景。但是该材料在光照、高温、高湿度的环境下,表现出较差的稳定性能。同时铅是一种重金属元素,具有毒性,这些因素都困扰着钙钛矿纳米晶的实际应用。当前,研究者侧重于对钙钛矿相关器件的效率提高以及通过包覆材料提高其稳定性,而事实上对材料本身的改性也至关重要。同时,针对于CsPbX3纳米晶的合成方法虽然已有许多报道,但对材料生长过程的动力学研究仍不够系统,合成兼顾发光效率好、稳定性高的CsPbX3纳米晶的成果也不显著,且适用于商业大批量生产的合成方法仍比较欠缺。因此,了解CsPbX3纳米晶的生长动力学,实现其可控合成,通过材料改性增强CsPbX3纳米晶的稳定性和可调性,对突破其应用瓶颈十分关键。本论文中从高温注射和室温饱和重结晶两种合成方法着手,对CsPbX3纳米晶的形貌控制、合成机理以及稳定性提高进行了研究。主要研究内容如下:1.通过热注射方法制备CsPbX3（X=Cl,Br,I）纳米晶,系统研究了反应温度...
【文章来源】：华东师范大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
标准钙钛矿（3D）、具有不同层型的2D钙钛矿（2D、<100>、<110>、
2020年华东师范大学硕士学位论文7量子效率、高的电荷载流子迁移率、独特的载流子分离特性、抑制光致发光闪烁、组成和尺寸相关的发光行为可覆盖整个可见光波段（400-700nm）以及合成方法简便和合成成本低廉等优点使其在光伏器件、发光二极管、光电探测器、激光器等方面具有诱人的应用潜景，进而引起科研和产业界的极大关注（图1-3）[44-47]。有机-无机杂化钙钛矿基电池的光电转换效率已从2009年的3.9％增加到25％，并具有1000多个小时的运行稳定性[43]。最近，研究者们通过使用CsPbX3纳米晶作为活性层使太阳能电池的性能再上一层楼。基于CsPbX3纳米晶合成方法的简便性，可以在室温条件下制备出致密、导电和相结构稳定的CsPbI3纳米晶薄膜。Swarnkar等人在纯化过程中使用乙酸甲酯（MeOAc）作为抗溶剂，可将CsPbI3纳米晶的立方相在室温下保留[44]，通过这种方法获得的薄膜可以实现远距离电子传输，所得太阳能电池表现出高达10.77％的光电转换效率（图1-3a）。与有机-无机杂化钙钛矿相比，尽管所得的钙钛矿仍然对水敏感，但其对温度的敏感性要低得多，有利于实际应用。图1-3纯无机卤化钙钛矿纳米材料的应用:（a）CsPbI3太阳能电池的结构示意图和截面SEM（PCE高达10.77％）[44]；（b）基于LED器件结构示意图[47]；（c）基于CsPbBr3纳米片的光电探测器结构示意图[51]；（d）由CsPbBr3纳米晶制成的薄膜PL强度与泵浦强度的关系（插图为泵浦样品的光路图）[52]；（e）CsPbBr3纳米晶用于光催化降解的能带图[53]。
2020年华东师范大学硕士学位论文20Pb2+离子与X离子的配位数分别为12和6。立方相和正交相之间的主要区别在于，[PbX6]4-八面体中铅离子与溴离子的成键角度不一样，立方相的Pb-Br键角都是90°，而正交相的Pb-Br键角则是有109.8°和70.2°两个角度[124]。图3-1正交CsPbX3（a）和立方CsPbX3（b）的晶体结构图，以及正交CsPbX3（c）和立方CsPbX3（d）中的Cs离子配位环境。Figure3-1ThecrystalstructurediagramsoftheorthorhombicCsPbX3(a)andcubicCsPbX3(b)aswellastheCsioncoordinationenvironmentsintheorthorhombicCsPbX3(c)andcubicCsPbX3(d).为了确认热注射法所合成的CsPbX3（X=Cl，Br，I）纳米晶晶相结构，我们运用XRD对产物进行了物相表征。图3-2是热注射法所合成的全无机卤化物钙钛矿纳米晶的XRD图谱。对于CsPbBr3纳米晶在120°C（图3-2b）和130°C（图3-2c）下合成的CsPbBr3纳米晶分别对应于正交晶相和立方晶相，这与ProtesescuL的结论完全一致[16]。在高温时所得到的CsPbX3NC呈立方相，这可以归因于高的合成温度和表面能的共同作用[16]。图3-3给出了正交相和立方相CsPbBr3中XRD衍射峰以及对应晶面和晶面间距。如图3-3所示，正交相CsPbBr3和立方相的相比，明显的有主峰劈裂以及其他衍射晶面的出现。例如，在两者的（200）晶面对应的衍射峰~30°处，正交相结构的CsPbBr3明显多了一个衍射峰
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of coating on the photoluminescence of Tb3+ doped ZnS e/ZnS core-shell quantum dots[J]. J.Cichos,M.Karbowiak,D.Hreniak,W.Str?k. Journal of Rare Earths. 2016(08)
[2]ABX3型钙钛矿光伏材料的结构与性质调控[J]. 陆新荣,赵颖,刘建,李承辉,游效曾. 无机化学学报. 2015(09)
[3]钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 张玮皓,彭晓晨,冯晓东. 电子元件与材料. 2014(08)
本文编号：3618786
【文章来源】：华东师范大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
标准钙钛矿（3D）、具有不同层型的2D钙钛矿（2D、<100>、<110>、
2020年华东师范大学硕士学位论文7量子效率、高的电荷载流子迁移率、独特的载流子分离特性、抑制光致发光闪烁、组成和尺寸相关的发光行为可覆盖整个可见光波段（400-700nm）以及合成方法简便和合成成本低廉等优点使其在光伏器件、发光二极管、光电探测器、激光器等方面具有诱人的应用潜景，进而引起科研和产业界的极大关注（图1-3）[44-47]。有机-无机杂化钙钛矿基电池的光电转换效率已从2009年的3.9％增加到25％，并具有1000多个小时的运行稳定性[43]。最近，研究者们通过使用CsPbX3纳米晶作为活性层使太阳能电池的性能再上一层楼。基于CsPbX3纳米晶合成方法的简便性，可以在室温条件下制备出致密、导电和相结构稳定的CsPbI3纳米晶薄膜。Swarnkar等人在纯化过程中使用乙酸甲酯（MeOAc）作为抗溶剂，可将CsPbI3纳米晶的立方相在室温下保留[44]，通过这种方法获得的薄膜可以实现远距离电子传输，所得太阳能电池表现出高达10.77％的光电转换效率（图1-3a）。与有机-无机杂化钙钛矿相比，尽管所得的钙钛矿仍然对水敏感，但其对温度的敏感性要低得多，有利于实际应用。图1-3纯无机卤化钙钛矿纳米材料的应用:（a）CsPbI3太阳能电池的结构示意图和截面SEM（PCE高达10.77％）[44]；（b）基于LED器件结构示意图[47]；（c）基于CsPbBr3纳米片的光电探测器结构示意图[51]；（d）由CsPbBr3纳米晶制成的薄膜PL强度与泵浦强度的关系（插图为泵浦样品的光路图）[52]；（e）CsPbBr3纳米晶用于光催化降解的能带图[53]。
2020年华东师范大学硕士学位论文20Pb2+离子与X离子的配位数分别为12和6。立方相和正交相之间的主要区别在于，[PbX6]4-八面体中铅离子与溴离子的成键角度不一样，立方相的Pb-Br键角都是90°，而正交相的Pb-Br键角则是有109.8°和70.2°两个角度[124]。图3-1正交CsPbX3（a）和立方CsPbX3（b）的晶体结构图，以及正交CsPbX3（c）和立方CsPbX3（d）中的Cs离子配位环境。Figure3-1ThecrystalstructurediagramsoftheorthorhombicCsPbX3(a)andcubicCsPbX3(b)aswellastheCsioncoordinationenvironmentsintheorthorhombicCsPbX3(c)andcubicCsPbX3(d).为了确认热注射法所合成的CsPbX3（X=Cl，Br，I）纳米晶晶相结构，我们运用XRD对产物进行了物相表征。图3-2是热注射法所合成的全无机卤化物钙钛矿纳米晶的XRD图谱。对于CsPbBr3纳米晶在120°C（图3-2b）和130°C（图3-2c）下合成的CsPbBr3纳米晶分别对应于正交晶相和立方晶相，这与ProtesescuL的结论完全一致[16]。在高温时所得到的CsPbX3NC呈立方相，这可以归因于高的合成温度和表面能的共同作用[16]。图3-3给出了正交相和立方相CsPbBr3中XRD衍射峰以及对应晶面和晶面间距。如图3-3所示，正交相CsPbBr3和立方相的相比，明显的有主峰劈裂以及其他衍射晶面的出现。例如，在两者的（200）晶面对应的衍射峰~30°处，正交相结构的CsPbBr3明显多了一个衍射峰
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of coating on the photoluminescence of Tb3+ doped ZnS e/ZnS core-shell quantum dots[J]. J.Cichos,M.Karbowiak,D.Hreniak,W.Str?k. Journal of Rare Earths. 2016(08)
[2]ABX3型钙钛矿光伏材料的结构与性质调控[J]. 陆新荣,赵颖,刘建,李承辉,游效曾. 无机化学学报. 2015(09)
[3]钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 张玮皓,彭晓晨,冯晓东. 电子元件与材料. 2014(08)
本文编号：3618786
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3618786.html
