稀土掺杂氟化物纳米晶的合成、光学性质及其在钙钛矿太阳电池中的应用

发布时间：2021-10-02 06:39

　　最近几年,稀土掺杂氟化物纳米材料以其独特的物理化学性质在发光显示、光催化、生物成像、激光器、非接触性式高灵敏温度传感器及太阳能电池等领域具有巨大潜在的应用前景。探索新型稀土氟化物纳米材料、开发新的制备方法、调节和控制纳米材料的形貌、尺寸及晶体生长过程,研究其生长机制,从而优化其光学性能并使之在光电子器件方面获得应用与突破,不仅具有非常重要的学术研究价值,同时具有重大的现实意义。在稀土氟化物基质中引入合适的三价镧系离子,借助掺杂与基质种类不同的改性杂质,有望提升该类材料的光学性质和光温传感性能,受到研究者广泛关注。另外,有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其具有适宜的带隙宽度、载流子扩散距离和寿命长、双极性电荷传输性能、可溶液加工、低成本等引起了国内外科技工作者的研究兴趣。然而,第三代薄膜太阳能电池仅在太阳光谱的可见光区域具有明显的吸收,这限制了它们的功率转换效率。而且,亚带隙光子的传输损耗严重阻碍了当前光伏电池的性能。为了克服这些问题,稀土掺杂的发光材料是将这些透射损耗的亚带隙光子转换为器件活性层半导体带隙以上光子的理想途径。基于稀土上转换纳米材料（UCNCs）以上特点,本论文... 

【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】：142 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

各种上转换过程的能级图：（a）ESA,（b）ETU,（c）PA,and（d）

2020届华东师范大学博士学位论文11上述方法简述如下。1.4.1热分解方法热分解方法所涉及各个步骤如图1.4显示[53]。常用的前驱体是金属三氟乙酸盐，溶剂可以是1-十八烯（ODE），表面活性剂是油酸（OA）、油胺（OAM），通常含有长链烃官能团可以防止纳米粒子团聚。单分散纳米磷光体形成的关键是三氟乙酸金属的快速分解产生了成核的爆发。试验中用到的容剂、反应过程中温度和反应时间会影响晶粒的质量，可以从热分解过程中获得具有窄分布尺寸、良好结晶度和优异光学性质的高质量UCNCs。热分解策略的缺点是快速成核或生长过程，可能在合成的UCNCs中产生更多的缺陷，从而导致相对较低的上转换量子产率。图1.4高温热分解制备UCNCs示意图[53]Figure1.4SchematicillustrationofthegrowthofUCNCsusingthethermolysisstrategy[53]Yan课题组首先开发的OA和ODE的热分解法，合成了高度单分散的LaF3纳米粒子[54]。此后，人们用该方法合成了各种高质量的镧系元素掺杂NaYF4UC纳米颗粒。例如，Capobianco等报道在OA和ODE中通过金属三氟乙酸前驱体

2020届华东师范大学博士学位论文14散[65]。用羟基乙叉二膦酸（HEDP）为配体制备15nm左右的α-NaYF4:Yb,Er及α-NaYF4:Yb,Tm在表面处理处理后，纳米颗粒可以分散在二甲亚砜或水中[66,67]。这些方法具有易于操作、成本低廉等优点，因而在众多领域得到了应用。然而，由于其反应过快，通过此法合成的样品往往结晶不佳，因此，要想获得高亮度荧光的上转换材料，一般需要后续的热处理过程[68]。制备上转换纳米颗粒的方法不同，产率也会变化，相同质量的纳米颗粒之间无可比性，现价段对合成产率的评估研究较少，因此，还需要作一些深入研究材料制备。当前面临的一项挑战是，高效发光的纳米颗粒与尺寸大小有关，但尺寸的减小常面临上转换效率的降低，两者很难兼顾。1.5上转换发光材料的温度敏感特性1.5.1荧光强度比测温原理图1.6热耦合能级示意图Figure1.6Schemepresentingthethermalcouplingenergy-level温度是一项基本的热力学状态参数，在科学研究和工业应用中其测量值的准确性和精度的确定具有重要的参考价值。在众多的非接触式光学测温技术中，荧

【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr3+-Yb3+-Er3+共掺杂NaYF4微管的制备及上转换发光[J]. 朱光平,冯哲,代凯,刘亲壮,刘忠良,张永兴,陈三.  材料导报. 2016(S2)



本文编号：3418159