铅卤钙钛矿纳米复合结构的可控构建及其光电性能研究

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近年来,铅卤钙钛矿纳米晶因其光电性质优异、合成方法简单、成本低等优点,被广泛地应用于光电器件等领域。然而,由于钙钛矿纳米晶本身的离子特性和表面配体的动态结合,其稳定性不理想、器件效率仍有待进一步提升等问题依然严重制约其快速发展和实际应用。目前通过构筑铅卤钙钛矿纳米晶复合结构是提升其稳定性和光电性能的有效方法之一。虽然研究人员已经成功制备了一系列基于钙钛矿纳米晶的异质结构,但依然存在着合成策略复杂、结构或组分较为单一等问题。因此,开发简单可靠的制备方法并合成高效的新型异质结构显得尤为重要。本论文从钙钛矿纳米晶的可控制备出发,设计了多种方法用以合成基于钙钛矿纳米晶的异质结构,深入讨论了这些新型异质结构的光学性质和稳定性能以及其在光电器件方面的潜力,具体研究内容如下:1.采用简单的室温再沉淀法制备了尺寸均匀、组分可调的CsPbX3/Pb3(PO4)2复合纳米晶。被Pb3(PO4)2薄层保护的CsPbX3复合纳米晶展现优异的光学性质,其绝对量子产率(PLQY)高达95%。此外,复合纳米晶对水、氧和极性溶剂的耐受性明显提升。这项工作不仅为制备性能优良的复合纳米结构提供了可靠的方法,而且为无机盐与卤化铅钙钛矿的复合开辟了新的途径。2.利用体积更大的A位胍离子(GA+,C(NH2)3+)对CsPbBr3纳米晶进行改性,精细地调控了钙钛矿纳米晶产物的形貌和结构。利用GABr处理CsPbBr3纳米晶可得到高产量、单分散且具有晶格位错的绿光纳米片,其PLQY由初始的30%增加至85%;采用GAOA后处理可以得到CsPbBr3/Cs2GAPb2Br7异质结构的蓝光纳米棒。这是因为GA+诱导了低维结构的生成从而形成晶格位错或异质结构。GA+的引入增加了钙钛矿纳米晶的激子结合能,也有效抑制了该体系的缺陷。本工作揭示了混合阳离子在调整卤化铅钙钛矿光物理性质中的重要作用。3.采用不同浓度的GAI后处理,成功实现了 GA+在CsPbI3纳米晶A位的掺杂,该工作着重讨论了 GA+离子的引入对CsPbI3纳米晶性能的影响。结果表明,GA+有助于增加原始纳米晶的辐射复合比例,有效改善薄膜质量。当25%GA+掺入时,CsPbI3纳米晶价带顶上移,成功地抑制器件的载流子损耗,将该纳米晶应用于太阳能电池器件中发现,光电转换效率(PCE)从14.14%提高至15.33%。本工作为CsPbI3纳米晶的改性提供了新的方向。
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