锰掺杂无机钙钛矿量子点的阴离子交换合成和光致发光机理研究

来源 :吉林师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hx147852
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卤化铅钙钛矿量子点近几年受到广泛的关注,尤其是铯卤化铅钙钛矿量子点(PQDs),具有优异的电荷传输和发光性能,该材料发光效率较高,半峰宽较窄,可通过调节组分调节带隙,使量子点在整个可见光区域内的发光可调。因此在太阳能电池、发光二极管和激光器等光电器件中具有广泛的应用前景。铯卤化铅钙钛矿量子点量子限域效应相对较弱,降低了其尺寸的不均一性和表面态产生的缺陷对其发光性质产生的影响。但是,由于钙钛矿的材料为离子型晶体,其晶体结构不是很稳定,容易受到氧气、水分、温度以及光照的影响,极大的限制了钙钛矿材料的进一步应用。因此,提高钙钛矿量子点的稳定性是一个主要的研究目标。最近,通过向铯卤化铅钙钛矿量子点中掺杂金属阳离子来替换有毒的Pb2+离子,例如Mn2+、Zn2+、Sn2+等离子,能够有效的提高钙钛矿量子点的稳定性以及改善发光效率。本论文主要研究了Mn2+掺杂的CsPbCl3钙钛矿量子点和与PbBr2前驱液进行阴离子交换合成的Mn2+:CsPbCl3-xBrx量子点的发光特性,揭示了温度依赖性的激子-掺杂离子之间的能量转移过程。此外合成了Cs4PbCl6包Mn2+:CsPbCl3-xBrx核壳量子点,获得带边发光在450 nm左右且Mn的发光很强的Mn2+:CsPbCl3-xBrx/Cs4PbCl6核壳结构钙钛矿量子点。获得以下研究结果:1、利用高温热注入法合成了Mn2+:CsPbCl3钙钛矿量子点,通过调节Mn2+的掺杂浓度、配体的量以及合成温度找到最佳的合成配比,合成最佳发光量子效率值约为63%左右。在组内研究的基础上通过阴离子交换法合成一系列不同Br含量的Mn2+:CsPbCl3-xBrx钙钛矿量子点,其带边发光可从405 nm到500 nm左右调节,吸收带隙从395 nm到480 nm改变的一系列Mn2+:CsPbCl3-xBrx钙钛矿量子点,Mn2+的发光没有明显的移动。在Cl/Br比为2.15:0.85时,Mn2+的发光达到最大值,随后有所下降,表明Mn2+与能带激子的发光过程和Br成分变化依赖的弛豫过程之间存在竞争。我们通过调节掺杂阴离子Br-的含量以及Mn2+的浓度得到不同峰位并且发光效率较高的钙钛矿量子点。2、利用稳态以及时间分辨发光光谱研究了不同Br-含量的Mn2+:CsPbCl3-xBrx纳米晶的发光特性和温度依赖性的激子-掺杂离子之间的能量转移。我们采用阴离子交换法制备了不同Br-含量的Mn2+掺杂纳米晶。研究了温度从80-300 K之间Br组分对Mn2+:CsPbCl3-xBrx纳米晶发光光谱和发光衰变的影响。观察到Mn2+的发光明显增强,直到Br/Cl比值达到0.85/2.15。获得了Mn2+:CsPbCl3与Mn2+:CsPbCl2.15Br0.85纳米晶体中的激子向Mn2+离子的温度依赖的能量转移效率。讨论了Mn2+:CsPbCl3-xBrx纳米晶的发光机制。3、制备了Cs4PbCl6包Mn2+:CsPbCl3-xBrx核壳结构量子点,研究不同Br含量的Mn2+:CsPbCl3-xBrx/Cs4PbCl6核壳纳米晶的发光机理,通过稳态以及时间分辨发光光谱研究不同Br含量的Mn2+:CsPbCl3-xBrx/Cs4PbCl6核壳纳米晶的变温光谱以及变温衰减曲线,理解进一步提升核壳结构的发光性能的方法,为下一步白光LED的制作打好基础。
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