CsPbX 3 钙钛矿纳米晶掺杂玻璃光学性能研究
发布时间：2021-11-27 19:53
CsPbX3（X=Cl/Br/I）全无机钙钛矿纳米晶由于其优异的光电性能,在光伏、光电器件方面有着巨大的应用前景。但其对氧气、湿度、温度以及光照十分敏感,难以满足器件的要求。将CsPbX3纳米晶与介孔材料或有机聚合物相复合,或对纳米晶进行表面改性可在一定程度上提高钙钛矿纳米晶的稳定性,但仍无法避免外部环境对CsPbX3钙钛矿纳米晶的破坏。玻璃具有良好的化学稳定性、热力学稳定性以及良好的力学性能,并且结构致密,因此,在玻璃中合成的CsPbX3钙钛矿纳米晶具有很好的稳定性。但目前,玻璃中所制备的CsPbX3钙钛矿纳米晶的荧光量子效率较低,且主要为CsPbBr3钙钛矿纳米晶,不能在整个可见光波段连续可调,难以满足光学器件的需要。因此,开发更适合的玻璃体系以析出组成更灵活的、更高效的、发光范围更宽的CsPbX3钙钛矿纳米晶对开发基于钙钛矿纳米晶掺杂玻璃的光电器件具有重要的意义。本论文以量子点的基础知识为起点,概述了CsPbX3
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体材料不同晶粒尺寸的能带结构
2图1-1半导体材料不同晶粒尺寸的能带结构半导体材料在光辐照下，电子吸收大于或等于其带隙能的光子后，从价带跃迁至导带，并在价带上会留下一个带正电的空穴，形成电子-空穴对（即激子）[17]。而当半导体材料的晶粒尺寸小于或等于其激子波尔半径时，载流子（电子、空穴）的运动将受到一定限制，导致动能增加，体材料连续的电子能带结构逐渐变为准分立的能级结构，并且由于动能的增加，相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移，而且晶粒尺寸越小，带隙能变化越大，蓝移的程度也就越大，这就是量子限域效应[18]。1.2.3半导体量子点的发光机理图1-2为半导体量子点光致发光示意图。当量子点吸收光子后，价带上的电子在光辐照下吸收光子被激发至导带，并在价带上形成带正电的空穴[5]。电子与空穴复合的方式主要有两大类，一类是产生光子的辐射跃迁；另一类是以热的形式消失的非辐射跃迁。由于量子点较大的比表面积、量子点表面（不饱和键）及内部（空位、间隙、杂质等）的缺陷导致的陷阱态，量子点的辐射跃迁方式主要有以下三种形式[19]：（1）电子-空穴的直接复合发光，这种由导带直接跃迁至价带的发光属于激子态发光，发射波长与材料本身的禁带能相关；（2）表面的缺陷态的间接复合发光，当电子被激发至导带底后，在很短的时间内被表面缺陷态俘获，再由缺陷态跃迁回价带的辐射发光；（3）引入杂质，可在带间引入杂质能级，从而增加量子点的发光范围。图1-2半导体量子点光致发光示意图
4它与载流子迁移率和载流子寿命相关。载流子扩散自由程(LD)可以表示为LD=(kBμτT/q)1/2，其中kB是玻尔兹曼常数，μ是载流子迁移率，τ是载流子寿命，T是温度，q是基本电荷。扩散自由程主要受缺陷、陷阱和晶界影响。因此，许多研究人员都试图增加卤化钙钛矿的载流子扩散长度[53-56]。通过控制卤化物之间的相对含量，MAPbI3-xClx中的载流子扩散长度可以延长1μm[55]。董等人报道的在溶液生长的MAPbI3单晶中载流子扩散长度超过175μm，这是因为MAPbI3单晶体具有比多晶卤化物钙钛矿薄膜更少的缺陷态、更高的载流子迁移率和更少的晶界[56]。图1-3(a)CsPbX3材料中的缺陷类型[60],(b)半导体材料耐缺陷和不耐缺陷的能带结构示意图[58],(c)MAPbI3的能带结构示意图[59]在Si和GaAs等常规半导体材料中，半导体材料中的杂质和缺陷的浓度必须在极低的情况下才有可能得到高性能的光伏器件或光电器件。由杂质和缺陷引起的陷阱态处于禁带内，具有俘获载流子（电子、空穴）的能力，从而减小载流子的扩散自由程，进而影响光伏器件或光电器件的性能。但对于卤化钙钛矿半导体材料而言，即使材料中含有很多的晶界、杂质等缺陷，也可以制造出高性能的光伏器件和光电器件。由于在卤化钙钛矿半导体材料中的缺陷的形成和迁移的活化能(Ea)较低，因此卤化钙钛矿半导体材料的离子能够容易且迅速地发生迁移[46,47]，使得卤化钙钛矿半导体材料表现出对缺陷的不敏感性[21,57-59]。如图1-3a所示，卤化钙钛矿半导体材料的缺陷主要有卤化物和A、B位阳离子空位（VA"，
【参考文献】：
期刊论文
[1]Toward commercial realization of quantum dot based white light-emitting diodes for general illumination[J]. KEN T.SHIMIZU,MARCEL B?HMER,DANIEL ESTRADA,SUMIT GANGWAL,STEFAN GRABOWSKI,HELMUT BECHTEL,EDWARD KANG,KENNETH J.VAMPOLA,DANIELLE CHAMBERLIN,OLEG B.SHCHEKIN,JYOTI BHARDWAJ. Photonics Research. 2017(02)
[2]量子点荧光材料在照明和显示领域的研究进展[J]. 侯艳,任博,秦璐,肖金龙. 材料导报. 2016(15)
[3]GeSn合金的晶格常数对Vegard定律的偏离[J]. 苏少坚,成步文,薛春来,张东亮,张广泽,王启明. 物理学报. 2012(17)
[4]半导体纳米材料的光学性能及研究进展[J]. 关柏鸥,张桂兰,汤国庆,韩关云. 光电子·激光. 1998(03)
博士论文
[1]Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点的规模化合成及其光伏器件研究[D]. 刘新梅.合肥工业大学 2011
本文编号：3522943
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体材料不同晶粒尺寸的能带结构
2图1-1半导体材料不同晶粒尺寸的能带结构半导体材料在光辐照下，电子吸收大于或等于其带隙能的光子后，从价带跃迁至导带，并在价带上会留下一个带正电的空穴，形成电子-空穴对（即激子）[17]。而当半导体材料的晶粒尺寸小于或等于其激子波尔半径时，载流子（电子、空穴）的运动将受到一定限制，导致动能增加，体材料连续的电子能带结构逐渐变为准分立的能级结构，并且由于动能的增加，相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移，而且晶粒尺寸越小，带隙能变化越大，蓝移的程度也就越大，这就是量子限域效应[18]。1.2.3半导体量子点的发光机理图1-2为半导体量子点光致发光示意图。当量子点吸收光子后，价带上的电子在光辐照下吸收光子被激发至导带，并在价带上形成带正电的空穴[5]。电子与空穴复合的方式主要有两大类，一类是产生光子的辐射跃迁；另一类是以热的形式消失的非辐射跃迁。由于量子点较大的比表面积、量子点表面（不饱和键）及内部（空位、间隙、杂质等）的缺陷导致的陷阱态，量子点的辐射跃迁方式主要有以下三种形式[19]：（1）电子-空穴的直接复合发光，这种由导带直接跃迁至价带的发光属于激子态发光，发射波长与材料本身的禁带能相关；（2）表面的缺陷态的间接复合发光，当电子被激发至导带底后，在很短的时间内被表面缺陷态俘获，再由缺陷态跃迁回价带的辐射发光；（3）引入杂质，可在带间引入杂质能级，从而增加量子点的发光范围。图1-2半导体量子点光致发光示意图
4它与载流子迁移率和载流子寿命相关。载流子扩散自由程(LD)可以表示为LD=(kBμτT/q)1/2，其中kB是玻尔兹曼常数，μ是载流子迁移率，τ是载流子寿命，T是温度，q是基本电荷。扩散自由程主要受缺陷、陷阱和晶界影响。因此，许多研究人员都试图增加卤化钙钛矿的载流子扩散长度[53-56]。通过控制卤化物之间的相对含量，MAPbI3-xClx中的载流子扩散长度可以延长1μm[55]。董等人报道的在溶液生长的MAPbI3单晶中载流子扩散长度超过175μm，这是因为MAPbI3单晶体具有比多晶卤化物钙钛矿薄膜更少的缺陷态、更高的载流子迁移率和更少的晶界[56]。图1-3(a)CsPbX3材料中的缺陷类型[60],(b)半导体材料耐缺陷和不耐缺陷的能带结构示意图[58],(c)MAPbI3的能带结构示意图[59]在Si和GaAs等常规半导体材料中，半导体材料中的杂质和缺陷的浓度必须在极低的情况下才有可能得到高性能的光伏器件或光电器件。由杂质和缺陷引起的陷阱态处于禁带内，具有俘获载流子（电子、空穴）的能力，从而减小载流子的扩散自由程，进而影响光伏器件或光电器件的性能。但对于卤化钙钛矿半导体材料而言，即使材料中含有很多的晶界、杂质等缺陷，也可以制造出高性能的光伏器件和光电器件。由于在卤化钙钛矿半导体材料中的缺陷的形成和迁移的活化能(Ea)较低，因此卤化钙钛矿半导体材料的离子能够容易且迅速地发生迁移[46,47]，使得卤化钙钛矿半导体材料表现出对缺陷的不敏感性[21,57-59]。如图1-3a所示，卤化钙钛矿半导体材料的缺陷主要有卤化物和A、B位阳离子空位（VA"，
【参考文献】：
期刊论文
[1]Toward commercial realization of quantum dot based white light-emitting diodes for general illumination[J]. KEN T.SHIMIZU,MARCEL B?HMER,DANIEL ESTRADA,SUMIT GANGWAL,STEFAN GRABOWSKI,HELMUT BECHTEL,EDWARD KANG,KENNETH J.VAMPOLA,DANIELLE CHAMBERLIN,OLEG B.SHCHEKIN,JYOTI BHARDWAJ. Photonics Research. 2017(02)
[2]量子点荧光材料在照明和显示领域的研究进展[J]. 侯艳,任博,秦璐,肖金龙. 材料导报. 2016(15)
[3]GeSn合金的晶格常数对Vegard定律的偏离[J]. 苏少坚,成步文,薛春来,张东亮,张广泽,王启明. 物理学报. 2012(17)
[4]半导体纳米材料的光学性能及研究进展[J]. 关柏鸥,张桂兰,汤国庆,韩关云. 光电子·激光. 1998(03)
博士论文
[1]Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点的规模化合成及其光伏器件研究[D]. 刘新梅.合肥工业大学 2011
本文编号：3522943
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