钙钛矿型甲胺铅溴多面体微晶的制备与激光性能研究
发布时间：2021-02-01 09:56
近年来,有机金属卤化物钙钛矿凭借其优异的光电性能在电致发光器件、光伏转化器件、光/辐射探测等领域取得了重要进展。特别地,作为一种优异的光增益介质,有机金属卤化物钙钛矿具有形貌调控方便、制备工艺简单、直接带隙可调等优势,是国际学术界的研究热点之一。进一步提高钙钛矿激光器件的性能,如降低激光阈值、调控激光出射模式是当前研究的主要方向之一。本文以甲胺铅溴钙钛矿为研究对象,通过优化溶液法首次合成了具有多面体结构的钙钛矿晶体,并对其生长机理做了深入探讨,同时在泵浦作用下成功实现了激光出射和激光性能的调控。具体工作如下:为了构建多面体谐振腔,利用溶液混合沉淀法合成了甲胺铅溴（CH3NH3PbBr3）多面体单晶颗粒。通过将一定浓度的溴化铅（PbBr2）溶液滴加到甲基溴化铵（CH3NH3Br）溶液（溶剂为异丙醇IPA）中,在水浴超声混合的条件下获得了甲胺铅溴多面体微粒。我们的研究表明,甲基溴化铵溶液的浓度在甲胺铅溴多面体结构形成过程中具有关键作用,超低浓度的甲基溴化铵溶液...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种常见的有机金属卤化物钙钛矿的容忍因子（t）和八面体因子（μ）[31]
第一章绪论5子[31]。图1-2立方钙钛矿晶体结构[31]Figure1-2Cubicperovskitecrystalstructure[31].在有机-无机杂化钙钛矿中，CH3NH3PbX3是最受关注的材料，得到了广泛的研究。对于不同的卤素X=Cl、Br、I，CH3NH3PbX3有着不同的容忍因子，CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbI3的容忍因子分别为0.85，0.84和0.83，其中rPb=119pm,rCl=181pm,rBr=196pm,rI=220pm[32]。对于立方钙钛矿结构，其容忍因子t的范围通常在0.80至0.90之间，八面体因子在0.40至0.90之间。因此，有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbX3应该也具有立方晶体结构，如图1-2所示，其中较大的阳离子A通常是甲基铵离子（CH3NH3+），较小的阳离子B通常是Pb2+，而阴离子X是卤素离子。除此之外，CH3NH3PbX3的晶体结构也会受温度的影响，在不同温度下体现为不同的晶体结构。实际上，在常温下只有CH3NH3PbCl3和CH3NH3PbBr3是立方晶体结构，CH3NH3PbI3的立方相结构只有在高于54.4℃时才能稳定存在，而在室温条件下多为四方相，晶格参数a=b=885.5pm，c=1265.9pm[33]。1.2.2合成优异的光电性能使得有机-无机杂化钙钛矿在光电器件上有着广泛的应用。晶体质量直接影响着器件的性能，然而不同的制备方法对晶体质量有着显著的影响。目前，有多种方法可以合成有机-无机杂化钙钛矿，以下分别讲述薄膜的制备方法和单晶的制备方法。
第一章绪论7图1-3反溶剂气相扩散结晶法制备MAPbX3单晶的结晶示意图[37]Figure1-3Schematicdiagramofthecrystallizationprocessbyanti-solventvaporassistedmethod.[37]（2）单晶的制备制备有机-无机杂化钙钛矿单晶的方法可以归纳为：（１）反溶剂气相扩散结晶法：反溶剂气相扩散结晶法是使有机-无机杂化钙钛矿的不良溶剂蒸汽扩散到其溶液中，降低溶液中钙钛矿的溶解度，达到析出溶质的目的。如图1-3所示，Shi等人报道了反溶剂气相扩散结晶法可获得相当大的高质量CH3NH3PbX3单晶，其X=Br和I，表现出极低的陷阱态密度和较长的电荷-载流子扩散长度[37]。（２）两步溶液法：2015年，Zhu等人报道了螺旋位错驱动的纳米线生长，并用其实现了低阈值、高品质因子的激光。首先制备一层平整的醋酸铅薄膜，然后将其置于高浓度的甲胺卤化物溶液中反应，由于开始阶段快速反应形成的钙钛矿膜层阻碍了醋酸铅和甲胺卤化物的进一步反应，降低了反应速率，同时形成的钙钛矿膜层提供了位错源，使得螺旋位错驱动钙钛矿纳米线的生长，最终合成了高质量的钙钛矿纳米线单晶[38]。（３）化学气相沉积法：目前研究人员采用化学气相沉积法合成了多种钙钛矿单晶，如Mi等人合成了高质量的金字塔状CH3NH3PbBr3单晶，尺寸分布在2-10μm[39]。（4）升温结晶法:利用有机无机杂化钙钛矿在DMF溶剂中随着温度的升高溶解度下降的特性生长钙钛矿单晶[40]。（5）溶剂热法：Chen等人利用高温高压的溶剂热反应驱动钙钛矿纳米颗粒发生奥斯瓦尔德成熟，促使晶体长大，实现钙钛矿单晶的合成[41]。在众多的制备方法中，溶液法简易高效可行，但是溶液法也存在着一定的缺点，如难以准确控制形成的钙钛矿晶体的形貌、产物重复性差等，使得钙钛矿的大规模应用受到限制。因此，寻找更
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国钙钛矿发光二极管的研究进展与展望[J]. 朱琳,王娜娜,王建浦,黄维. 照明工程学报. 2019(01)
[2]激光退火在硅基光电探测器中的应用[J]. 周弘毅,李冲,刘巧莉,董建,王文娟,郭霞. 半导体光电. 2016(01)
[3]国外红外光电探测器发展动态[J]. 刘武,叶振华. 激光与红外. 2011(04)
本文编号：3012588
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种常见的有机金属卤化物钙钛矿的容忍因子（t）和八面体因子（μ）[31]
第一章绪论5子[31]。图1-2立方钙钛矿晶体结构[31]Figure1-2Cubicperovskitecrystalstructure[31].在有机-无机杂化钙钛矿中，CH3NH3PbX3是最受关注的材料，得到了广泛的研究。对于不同的卤素X=Cl、Br、I，CH3NH3PbX3有着不同的容忍因子，CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbI3的容忍因子分别为0.85，0.84和0.83，其中rPb=119pm,rCl=181pm,rBr=196pm,rI=220pm[32]。对于立方钙钛矿结构，其容忍因子t的范围通常在0.80至0.90之间，八面体因子在0.40至0.90之间。因此，有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbX3应该也具有立方晶体结构，如图1-2所示，其中较大的阳离子A通常是甲基铵离子（CH3NH3+），较小的阳离子B通常是Pb2+，而阴离子X是卤素离子。除此之外，CH3NH3PbX3的晶体结构也会受温度的影响，在不同温度下体现为不同的晶体结构。实际上，在常温下只有CH3NH3PbCl3和CH3NH3PbBr3是立方晶体结构，CH3NH3PbI3的立方相结构只有在高于54.4℃时才能稳定存在，而在室温条件下多为四方相，晶格参数a=b=885.5pm，c=1265.9pm[33]。1.2.2合成优异的光电性能使得有机-无机杂化钙钛矿在光电器件上有着广泛的应用。晶体质量直接影响着器件的性能，然而不同的制备方法对晶体质量有着显著的影响。目前，有多种方法可以合成有机-无机杂化钙钛矿，以下分别讲述薄膜的制备方法和单晶的制备方法。
第一章绪论7图1-3反溶剂气相扩散结晶法制备MAPbX3单晶的结晶示意图[37]Figure1-3Schematicdiagramofthecrystallizationprocessbyanti-solventvaporassistedmethod.[37]（2）单晶的制备制备有机-无机杂化钙钛矿单晶的方法可以归纳为：（１）反溶剂气相扩散结晶法：反溶剂气相扩散结晶法是使有机-无机杂化钙钛矿的不良溶剂蒸汽扩散到其溶液中，降低溶液中钙钛矿的溶解度，达到析出溶质的目的。如图1-3所示，Shi等人报道了反溶剂气相扩散结晶法可获得相当大的高质量CH3NH3PbX3单晶，其X=Br和I，表现出极低的陷阱态密度和较长的电荷-载流子扩散长度[37]。（２）两步溶液法：2015年，Zhu等人报道了螺旋位错驱动的纳米线生长，并用其实现了低阈值、高品质因子的激光。首先制备一层平整的醋酸铅薄膜，然后将其置于高浓度的甲胺卤化物溶液中反应，由于开始阶段快速反应形成的钙钛矿膜层阻碍了醋酸铅和甲胺卤化物的进一步反应，降低了反应速率，同时形成的钙钛矿膜层提供了位错源，使得螺旋位错驱动钙钛矿纳米线的生长，最终合成了高质量的钙钛矿纳米线单晶[38]。（３）化学气相沉积法：目前研究人员采用化学气相沉积法合成了多种钙钛矿单晶，如Mi等人合成了高质量的金字塔状CH3NH3PbBr3单晶，尺寸分布在2-10μm[39]。（4）升温结晶法:利用有机无机杂化钙钛矿在DMF溶剂中随着温度的升高溶解度下降的特性生长钙钛矿单晶[40]。（5）溶剂热法：Chen等人利用高温高压的溶剂热反应驱动钙钛矿纳米颗粒发生奥斯瓦尔德成熟，促使晶体长大，实现钙钛矿单晶的合成[41]。在众多的制备方法中，溶液法简易高效可行，但是溶液法也存在着一定的缺点，如难以准确控制形成的钙钛矿晶体的形貌、产物重复性差等，使得钙钛矿的大规模应用受到限制。因此，寻找更
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国钙钛矿发光二极管的研究进展与展望[J]. 朱琳,王娜娜,王建浦,黄维. 照明工程学报. 2019(01)
[2]激光退火在硅基光电探测器中的应用[J]. 周弘毅,李冲,刘巧莉,董建,王文娟,郭霞. 半导体光电. 2016(01)
[3]国外红外光电探测器发展动态[J]. 刘武,叶振华. 激光与红外. 2011(04)
本文编号：3012588
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