铯铅卤化物钙钛矿量子点从玻璃中析出的诱导因素

铯铅卤化物(CsPbX_3,X=Cl, Br, I)钙钛矿量子点以其优异的光电性能(如可调的发射光谱、高色纯度和量子效率等)引起了研究者们的广泛关注,但较差的水稳定性、热稳定性和光稳定性等缺点极大地限制了其在光电器件中的应用。目前,提高铯铅卤化物钙钛矿量子点稳定性的一种有效方法是将CsX和PbX_2加入惰性玻璃陶瓷基质中,只要外界提供的能量可以克服成核和晶体生长的能量障碍,玻璃中就会析出铯铅卤化物钙钛矿量子点。本文重点介绍了热处理、激光、应力和水四种铯铅卤化物钙钛矿量子点从玻璃中析出的诱导因素,并分析了每种诱导因素的优缺点,最后提出了每种诱导因素相对适合的玻璃陶瓷和一些建议。     

离子掺杂钙钛矿量子点玻璃研究进展

近年来,全无机钙钛矿量子点因其优异的光电性能受到研究者的广泛关注,但其较差的稳定性极大地限制了其应用。利用玻璃优异的稳定性,控制钙钛矿量子点在玻璃中原位析出,使玻璃包覆在钙钛矿量子点周围,隔绝其与外界环境的接触,有效地提高了其稳定性。通过在钙钛矿量子点玻璃中掺杂特定的离子可以调控钙钛矿量子点的析晶情况和发光峰位,并可引入新的发光中心。本文根据掺杂离子的目的,综合介绍了离子掺杂钙钛矿量子点玻璃的研究进展,为近期关于离子掺杂钙钛矿量子点玻璃的研究提供了思路和参考。     

非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料研究进展

铅基卤化物钙钛矿发光材料因具有荧光量子产率高、发射光谱窄、发射波长可调等优异性能优势而备受关注。但金属铅的毒性和钙钛矿的稳定性是其未来在显示与照明领域实际应用中需要解决的问题。因此,探索与铅基卤化物钙钛矿光电性质相当、但更绿色环保的非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料是势在必行的趋势。近年来,非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料的研究取得了显著进展。本文总结了非铅金属卤化物类钙钛矿材料的晶体结构、制备方法和发光机理。归纳了影响非铅金属卤化物类钙钛矿光电性能的因素,并列举了在光致和电致发光器件领域的应用。最后,就如何进一步提升非铅金属卤化物钙钛矿发光材料的性能做了总结和展望。     

CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点玻璃制备及其应用研究进展

近年来,全无机CsPbX_3(X=Cl, Br, I)钙钛矿量子点在光电领域取得了极大的进展,但在外界环境刺激下(如光、热以及潮湿空气)会变质分解失效,限制了它们的实际应用。通过将钙钛矿量子点原位生长在玻璃基质中,利用无机玻璃致密的网络结构实现对量子点的无缝包覆,将量子点与外界环境隔绝,从而可以有效地解决量子点的稳定性问题,使其在固态照明、背光显示与防伪等领域具有更加广阔的应用前景。本文综述了全无机CsPbX_3钙钛矿量子点玻璃的制备方法及其优异的特性,对近年来在各应用领域的进展进行了概述,以期为全无机CsPbX_3钙钛矿量子点荧光玻璃的发展应用提供思路和参考。     

金属卤化物钙钛矿纳米光电材料的研究进展

金属卤化物钙钛矿广泛应用于太阳能电池、发光二极管和纳米激光器等领域,引起了科学家们极大的兴趣.纳米材料由于具有量子约束和较强的各项异性,表现出与普通块体材料不同的光学和电学性质.金属卤化物钙钛矿纳米材料具有可调节带隙、高量子效率、强的光致发光、量子约束效应和长的载流子寿命等优点,并且其成本低、储量丰富、易于合成多种化合物,有很广阔的光电应用前景.但另一方面,钙钛矿由于表面存在陷阱缺陷状态以及晶体边界导致稳定性较差,环境中的水、氧气、紫外线和温度等因素会使其光电性能大幅度降低.本文介绍量子点、纳米线、纳米片钙钛矿纳米材料的合成与生长机制,并且讨论其新奇的光电性能及在各种光电设备中的应用.最后总结了钙钛矿材料新出现的挑战并讨论了下一代金属卤化物钙钛矿光电设备应用.     

全无机钙钛矿量子点的合成、性质及发光二极管应用进展

近年来,全无机铯铅卤素钙钛矿(CsPb X 3,X=Cl,Br,I)量子点由于其色纯度高、具有可调谐的发射波长(410~760 nm)、窄的半峰宽(12~42 nm)和较高的荧光量子产率(最高可达95%以上)以及可全溶液处理等优势而受到人们的高度关注,在显示和照明领域有着较为广阔的应用前景。本文首先介绍了近年来发展起来的全无机钙钛矿量子点的液相合成方法,如高温热注射法、一步反应法、阴离子交换法和过饱和重结晶法等;其次介绍了全无机钙钛矿量子点的形貌、尺寸和晶型调控及材料组分、反应温度和杂质离子对其发光性能的影响,进而总结了无铅全无机钙钛矿量子点的研究进展;然后介绍了全无机钙钛矿量子点在发光二极管方面的应用进展;最后概述了全无机钙钛矿量子点在未来发展中存在的挑战和机遇。     

大气环境下合成白光发射的Tb3+/Eu3+共掺杂全无机卤化物钙钛矿量子点

为克服因混合不同卤化物钙钛矿量子点发生阴离子交换反应、不稳定的红光发射卤化物钙钛矿量子点等而导致在获取白光发射方面存在的不足,提出了一种可以在大气环境下合成Tb³⁺,Eu³⁺稀土离子共掺杂全无机卤化物钙钛矿量子点的方法。调节Tb³⁺,Eu³⁺稀土离子的掺杂比例,调控从钙钛矿量子点主晶格到Tb³⁺和Eu³⁺离子的能量转移,获得了单一组分、白光发射的钙钛矿量子点(Tb,Eu):CsPbCl3和(Tb,Eu):CsPb(Cl/Br)3,并对量子点的形貌、结构、发光性能及能量传递机理和稳定性进行了详细研究。研究结果表明:在365nm激光激发下,不同含量Tb³⁺/Eu³⁺离子共掺杂的钙钛矿量子点(Tb,Eu):CsPbCl3发射光谱对应的色坐标位于1931色度图中的白光区域。在进料比PbCl2∶TbCl3∶EuCl3为1∶1.5∶1时,量子产率为3.59%,比纯的CsPbCl3量子点的量子产率(0.57%)提高了6倍。进一步研究发现,该(Tb,Eu):CsPbCl3量子点在空气中储存2个月之后,量子产率几乎保持不变(3.63%),保持了良好的稳定性。此外,研究了采用不同溶剂(正辛烷、十八烯)合成Tb³⁺/Eu³⁺共掺杂钙钛矿量子点的发光特性。Tb³⁺/Eu³⁺离子共掺杂的钙钛矿量子点(Tb,Eu):CsPbCl3可实现单一组分的白光发射,有良好的稳定性,具备一定的应用前景。     

含CsPbBr_3钙钛矿量子点的硅酸盐基氟氧化物玻璃陶瓷的制备及其发光性能

采用热处理烧结方法制备了含CsPbBr_3钙钛矿量子点的硅酸盐基氟氧化物玻璃陶瓷(SiO_2-Al_2O_3-Li_2O-AlF_3-LiF)。通过X射线衍射分析了玻璃的自析晶现象与量子点生长之间的关系;TEM透射电镜分析了量子点的形貌特征;荧光光谱、吸收光谱和CIE色坐标等表征分析了量子点的发光特性。结果表明,最佳条件制备得到的含CsPbBr_3量子点的玻璃陶瓷材料可实现512 nm强绿光发射,半峰宽22.80 nm。将该玻璃陶瓷与365 nm紫外芯片封装构建绿光发光二极管(LED),有望替代绿色荧光粉成为新型固体发光领域的关键材料。     

铯铅溴量子点的合成与发光性质

通过改进的热注射法制备了铯铅溴量子点材料。制得的量子点属于立方相结构,形貌是纳米立方体形状,尺寸均匀,边长约为10 nm,分散良好,在空气中可稳定2个月以上。铯铅溴量子点有较宽的激发光谱和强烈的绿光发射峰,荧光呈双指数过程衰减,平均寿命为纳秒量级。所得的量子点胶体可以通过滴制或旋涂的方法制成均匀的薄膜,在太阳能电池、光电探测器、LED和激光等半导体光电领域都有潜在的应用。     

钡作为掺杂元素调控铅基钙钛矿材料的毒性和光电特性

近年来,有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料(ABX_3)由于具有优异的光电性质,受到了材料、能源等领域的广泛关注.但是,卤化物钙钛矿存在两个明显阻碍其商业化应用的问题:热稳定性差和含有有毒的铅(Pb)元素.相比于有机-无机杂化卤化物钙钛矿,全无机卤化物钙钛矿通常拥有更好的热稳定性.同时,采用一些无毒的元素部分替代B位的Pb,可以在保持优异光电特性的同时减小材料的毒性.本文结合无序合金结构搜索方法和第一性原理计算,系统研究了Ba掺杂CsPbX_3 (X=Cl, Br, I)钙钛矿体系的热稳定性和光电特性.计算结果显示,只有在高Ba浓度时,可以在室温下形成无序固溶体.由于Ba和Pb的离子半径和电负性等物理化学性质存在显著差异,随着Ba掺杂浓度的增加,带隙和载流子有效质量都呈现上升趋势,且带隙具有很宽的调节范围.因此,我们预测高Ba掺杂浓度的CsPbX_3 (X=Cl, Br, I)钙钛矿体系在短波段(如紫外或近紫外光)发光二极管或辐射探测器等领域具有潜在的应用价值.     

钙钛矿量子点:机遇与挑战

近年来,卤化物钙钛矿纳米材料因其优异的光电性能引起了国内外学者的广泛关注。本文回顾了钙钛矿量子点从材料到多功能应用发展中的多个"高光"时刻,探讨了其快速发展过程中面临的机遇与挑战,强调了该领域发展存在的瓶颈,希望以此与广大同仁进行交流,共同推进钙钛矿量子点的研究进程。     

基于氟代苯乙胺有机阳离子的准二维钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

近年来,钙钛矿发光二极管(PeLEDs)发展非常迅速,其性能得到了大幅提升,而构筑具有量子阱结构的准二维钙钛矿是开发高性能PeLEDs的有效方法之一。大尺寸有机阳离子是构成准二维钙钛矿的关键组分,对调节准二维钙钛矿的薄膜结构和光电性质具有重要作用。本文通过在铯铅卤化物(CsPb X3)钙钛矿中引入两种单氟取代的溴化苯乙胺(o-FPEABr(邻位取代)和p-FPEABr(对位取代)),采用无反溶剂的一步法制备了准二维钙钛矿薄膜和发光器件,研究了它们对准二维钙钛矿成相分布和器件性能的影响。研究发现,pFPEABr使准二维钙钛矿形成了大量的低维相,特别是具有强激子-声子耦合的二维相,而高维相含量较少。相反地,o-FPEABr能够有效地抑制低维相,并促进高维相的形成,有利于降低非辐射复合和提高辐射复合。形成能计算结果显示,基于p-FPEABr的低维相比基于o-FPEABr的低维相具有更好的热力学稳定性,导致了准二维钙钛矿中成相分布的差异,表明改变氟原子的取代位置能够调控准二维钙钛矿的结晶动力学过程,进而影响器件的发光性能。基于o-FPEABr,我们制备出高效的绿光和蓝光PeLEDs。其中绿光器件的最大外量子效率(EQE)达到了10.27%,发光峰位于521 nm;而蓝光器件的最大EQE也达到了8.88%,发光峰位于488 nm。     

基于共价有机聚合物空穴注入层的钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

卤化物钙钛矿(ABX)量子点及其发光器件具有色纯度高、外量子效率高以及在可见光范围内可调等特点,近年来在照明、显示等领域中展现出巨大潜力。然而,钙钛矿量子点发光二极管(PeQLEDs)的稳定性正成为制约其商业应用的最大障碍,除了钙钛矿发光层本身的稳定性问题之外,传输层的水氧稳定性问题也不可忽略。为了解决这一发展过程中的难题,我们提出了基于氮唑类单体构筑共价有机聚合物材料(COP-N)替代传统的PEDOT∶PSS作为空穴注入层材料的新型PeQLEDs。我们发现COP-N具有本征的水氧稳定性,且与PVK之间的空穴注入势垒更小。这些特性使得基于COP-N的PeQLED在取得比PEDOT∶PSS更好发光效率的同时实现了近2倍的稳定性提升。我们认为,这种共价有机聚合物有望成为新型的空穴注入材料,实现高效稳定的钙钛矿电致发光,促进钙钛矿发光器件的发展。     

双壳层包覆Mn∶CsPbCl3纳米晶制备及潜指纹识别应用

全无机卤化铅铯钙钛矿纳米晶CsPbX₃(X=Cl,Br,I)因具有独特的光电特性,近年来在固体照明及显示、太阳能电池、阻变存储器等领域成为研究的热门之选。Mn²⁺是一种比Pb²⁺半径小的过渡金属离子,利用Mn²⁺掺杂CsPbCl₃钙钛矿纳米晶能够实现波长位于600 nm左右可见光区域的橘黄色发射,且能够部分替代钙钛矿纳米晶中的Pb²⁺,降低钙钛矿纳米晶的毒性。然而,Mn²⁺掺杂的卤化物钙钛矿纳米晶仍易受环境中水分子等的侵蚀而导致其荧光特性严重退化。本文采用一种利用四甲氧基硅烷(Tetramethoxysilane,TMOS)和聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMMA)对Mn²⁺掺杂CsPbCl₃钙钛矿纳米晶进行双壳层的包覆方法,并分析了双壳层包覆法对钙钛矿纳米晶稳定性提升的机理。此外,还对比了双壳层包覆的Mn²⁺掺杂CsPbCl     

氯掺杂甲胺基钙钛矿电池的性能及其改进

金属卤化物钙钛矿由于其高吸收系数、长距离载流子扩散长度和可调带隙,近年来在太阳能电池等光电器件中得到了广泛应用,有望实现商业应用.甲胺铅碘(MAPbI₃)作为一种标准的钙钛矿化合物组分已得到了充分的研究,然而,湿化学法制备的多晶薄膜由于其低形成能通常会产生较多的晶体缺陷(包含界面和晶界处缺陷),这是导致相变的一个重要原因,因此降低材料中的缺陷密度是提高钙钛矿稳定性的一个重要手段.虽然缺陷钝化是制备高效钙钛矿太阳能电池最常用的方法之一,但是分子钝化基团与钙钛矿晶体之间相对较弱的二次键可能会给实际设备的应用带来困难,特别是在高温、潮湿和紫外线(UV)光等恶劣环境下操作时.另一种策略是通过调控卤化物组成来提高其本征结构稳定性.本文以氯甲胺(MACl)和碘化铅(PbI₂)作为前驱体通过一步旋涂法制备了两相钙钛矿(MAPbI₂Cl).结果表明,氯离子掺杂替代部分碘离子可以更好地诱导钙钛矿结晶,进而稳定MAPbI₃晶格.经过Cl掺杂的钙钛矿层表现出更低的缺陷态密度,对比于原始薄膜, Cl的载流子寿命增加了7倍,...     

高质量钙钛矿量子点薄膜制备及性能研究

对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)高分子聚合物材料包裹钙钛矿量子点进行了研究.利用一步包裹法制备了高质量的钙钛矿量子点薄膜,在连续365nm紫外激发下和LED远程封装时,PMMA钙钛矿薄膜衰减率分别约是SEBS薄膜的4倍和6倍,证明了SEBS包裹的钙钛矿量子点薄膜稳定性优于PMMA.进一步对SEBS钙钛矿薄膜分别在空气、水等环境下的稳定性进行研究,相比钙钛矿量子点溶液4h衰退约18%,SEBS钙钛矿薄膜在空气中和水中衰退约18%延长至约55h和240h,说明SEBS包裹之后增强了钙钛矿量子点的稳定性,对钙钛矿量子点封装应用有着重要的意义.     

氯化钠/铯铅溴钙钛矿复合薄膜的原位制备及性能EI北大核心CSCD

全无机铯铅卤钙钛矿因其优异的光电性能受到广泛关注。然而,薄膜较差的稳定性和制备中大量昂贵且有毒有机溶剂的使用,严重阻碍了其商业化应用进程。在本工作中,水溶液被用作配制含氯化钠(NaCl)的钙钛矿前驱液的溶剂。通过一步溶液法获得原位生长的NaCl/CsPbBr_(3)钙钛矿复合薄膜,并在该过程中引入二甲基亚砜(DMSO)溶液来优化其晶体结构及光学性能。研究表明,NaCl和DMSO的协同作用可以调控复合薄膜中晶粒的形貌、提高相纯度并增强荧光发射。当DMSO和前驱体溶液体积比为1∶2时,复合薄膜呈现出最佳的绿光发射,荧光量子效率达48.2%。此外,得益于NaCl的有效复合及优化的晶体结构,所制备的复合薄膜具有增强的稳定性。该设计思路有利于制备柔性、大面积和高稳定性显示用荧光转换薄膜。     

专题:钙钛矿光电器件与物理

<正>编者按钙钛矿原指自然界存在的一种陶瓷氧化物矿石,它们具有类似钛酸钙(CaTiO_3)的ABX_3三维晶体结构.这种矿石最早是由古斯塔夫·罗斯(Gustav Rose)于1839年在俄罗斯的乌拉尔山脉发现,并以俄罗斯矿物学家列夫·博罗夫斯基(Lev Perovski)的名字命名.金属卤化物钙钛矿是指具有这种ABX_3钙钛矿型晶体结构的一类半导体光电材料,通常A位置为甲胺(CH_3NH_3~+)等有机阳离子, B位置为铅(Pb~(2+))、锡(Sn~(2+))等二价金属阳离子,     

利用脉冲激光沉积外延制备CsSnBr3/Si异质结高性能光电探测器

钙钛矿半导体具有光吸收系数高、载流子扩散长度大和荧光量子效率高等优异物理特性,已在光电探测器、太阳能电池等领域展现出重要的应用潜力.但卤化铅钙钛矿的环境毒性和稳定性大大限制了该类器件的应用范围.因此,寻找低毒、稳定的非铅钙钛矿半导体尤为重要.利用锡元素替代铅元素并生长高质量的锡基钙钛矿薄膜是实现其光电器件应用的可行方案.本文采用脉冲激光沉积方法,在N型单晶硅(100)衬底上外延生长了一层(100)取向的CsSnBr₃钙钛矿薄膜.霍尔效应及电学测试结果表明,基于CsSnBr₃/Si半导体异质结在暗态下具有明显的异质PN结电流整流特征,在光照下具有显著的光响应行为,并具有可自驱动、高开关比(10⁴)以及毫秒量级响应/恢复时间等优良光电探测器件性能.本文研究结果表明利用脉冲激光沉积方法在制备新型钙钛矿薄膜异质结、实现快速灵敏的光电探测方面具有重要应用前景.     

基于石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管的光电探测器

以等离子增强化学气相沉积法制备的石墨烯作为导电沟道材料,将其与无机CsPbI_3钙钛矿量子点结合,设计并制备了石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管光电探测器.研究和分析了石墨烯作为场效应晶体管的电学特性及其与钙钛矿量子点结合作为光电探测器的光电特性.结果表明,石墨烯在场效应晶体管中表现出良好的电学性质,其与钙钛矿量子点的结合对波长为400 nm的光辐射具有明显的光响应,在光强为12μW时器件光生电流最大为64μA,响应率达6.4 A·W~(-1),对应的光电导增益和探测率分别为3.7×10~4,6×10~7Jones(1 Jones=1 cm·Hz~(1/2)·W~(-1)).