【摘 要】
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有机-无机杂化钙钛矿材料作为一类具备优异光电性能的新型光电子材料,在光探测器、有机发光二极管等光电领域具有重要的实际应用价值。三维钙钛矿材料具有较小激子结合能、强而宽的可见光吸收能及高载流子迁移率,但由于其坏境稳定性差,三维钙钛矿材料实际应用受到限制。相比于三维钙钛矿材料,二维钙钛矿材料具有量子限域效应,且缺陷密度低,环境稳定性更高,在便携式、柔性可穿戴器件等实际应用领域具有重要的研究价值,有光明
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有机-无机杂化钙钛矿材料作为一类具备优异光电性能的新型光电子材料,在光探测器、有机发光二极管等光电领域具有重要的实际应用价值。三维钙钛矿材料具有较小激子结合能、强而宽的可见光吸收能及高载流子迁移率,但由于其坏境稳定性差,三维钙钛矿材料实际应用受到限制。相比于三维钙钛矿材料,二维钙钛矿材料具有量子限域效应,且缺陷密度低,环境稳定性更高,在便携式、柔性可穿戴器件等实际应用领域具有重要的研究价值,有光明的发展前景。因此,研究二维钙钛矿材料的结构及相应光学、电学性质具有重要的科学意义。而微晶晶体材料相比于薄膜材料晶界少,缺陷密度较小,能直接体现材料的结构特性,高质量的钙钛矿微晶对于评价其内在性质,包括电导率、电荷迁移率、载流子扩散长度等具有重要意义。本工作通过离子掺杂实现钙钛矿微晶材料发光效率、电导率等光电性能提升,主要研究内容为:(1)采用降温结晶法制备了 Cl-掺杂的本征二维钙钛矿(PEA)2Pb(Br1-xClx)4微米级单晶材料。其中,单晶解析、SEM、EDS、XRD等结构表征结果证明了:Cl-掺杂使得晶体晶格发生畸变,且随着Cl-掺杂比例增加,(PEA)2Pb(Br1-xClx)4单晶生长难度上升,生长质量下降,此结论为了解钙钛矿晶体的结构和晶体生长机制提供了各种基础研究。从(PEA),Pb(Br1-xClx)4单晶的紫外-可见光吸收谱图、光致发光谱图、光致发光效率、荧光寿命谱图等性能表征结果中得出:Cl-的掺杂实现了带隙可调及宽带隙发光,且适量Cl-掺杂比例在一定程度上能提高光学性能,为高效率白色发光二极管的研究打下基础。(2)采用反溶剂扩散法制备了准二维层状钙钛矿(PEA)2(MA)n-1Pb nBr3n+1(PEA对应苯基乙基铵)微晶材料,其中,决定钙钛矿无机层层数的n值分别为1,5。通过对(PEA)2(MA)n-1PbnBr3n+1(n=1,5)微晶进行解析、SEM、EDS、XRD结构表征,证明了(PEA)2(MA)n-1PbnBr3n+1(n=1,5)微晶的层状结构,而(PEA)2(MA)4 Pb5Br16(n=5)微晶结构为(PEA)2PbBr4(n=1,即本征二维钙钛矿结构)与MAPbBr3(n=∞,即三维钙钛矿结构)结构竞争下的混合相。高质量的微晶通过铜网代替传统掩模版,蒸镀Au电极来制作横向光电探测器。分析其I-V曲线可知:(PEA)2(MA)4 Pb5Br16(n=5)微晶的电流开关比、光探测率、光响应率均优于本征二维钙钛矿(PEA)2PbBr4(n=1)微晶材料,证明了二维层状钙钛矿微晶材料中无机层层数的增加会减弱二维钙钛矿微晶材料的量子限域效应,致使激子结合能减弱,外加电场下电子-空穴对更易分离,电导率增加,揭示了准二维混相有机-无机杂化钙钛矿的载流子输运特性,为设计高效率光电探测器提供了研究思路。图44个,表12个,参考文献77篇。
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