《Nano scale》综述：钙钛矿纳米晶-从物理化学基础到光电应用

材料科学与工程  |   2020-08-24 20:33

来源：材料科学与工程

具有不同尺寸的全无机卤化铯铅钙钛矿纳米晶（PeNCs）由于其独特的光电特性，包括整个可见光谱区的可调带隙、接近统一的高光致发光量子产率（PLQYs）和窄发射，最近引起了研究界的兴趣。线宽低至10-20nm，使其特别适用于从发光二极管（LED）、太阳能电池到闪烁体等众多应用领域的有前途的候选材料。尽管在过去的六年里取得了相当大的进展，但PeNCs的实际应用，特别是在CsPbX3（X=Cl，Br和I）类中，仍然受到其不稳定的晶格和暴露于环境空气条件下时的发光降低的限制。近年来对离子掺杂的实验和理论研究已证明是一种有效的方法，可以显著改善铯铅卤化物的物理化学性质，具有广泛的应用前景。

中国科学院的研究人员就阳离子掺杂全无机铯铅卤化物的最新研究进展作一简要综述。PeNCs的目标是开发高性能和长期稳定的光电和光电器件，涵盖了从阳离子掺杂的基本考虑的各个领域，以钙钛矿型发光二极管和太阳能电池为重点的光电应用的可控合成方法和新的物理化学性质。最后，对这一活跃的研究领域提出了未来可能的努力方向。相关论文以题目为“Cation‐Doping Matters in Caesium Lead Halide Perovskite Nanocrystals: from Physicochemical Fundamentals to Optoelectronic Applications”发表在Nano scale期刊上。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D0NR02922J

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图1 反应环境示意图

图1示意图显示了制备（左）蓝色发光0-D Cs4PbBr6:Sn-Pens（中间）非发光纯0-D Cs4PbR6和（右）绿色发光3-D立方CsPbR3-Pens的独特反应环境示意图。注意，在用于合成绿色发光3-D CsPbBr3的常规热注入反应介质中，用SnBr2（SnBr2/（SnBr2+PbBr2）=80 mol%）取代绝大多数PbBr2前体，从而实现了合成蓝色发光0-D Cs4PbBr6:Sn-Pens的独特反应环境通过在反应环境中部分添加PbBr2前体（绿色发光CsPbBr3-PeNCs的20%）来获得用于合成纯0-D Cs4PbBr6-PeNCs的Pb2+贫反应介质。

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图2.（a）掺有Yb3+离子的CsPbCl3 PeNCs的能量转移机理和光学性质的示意图。（b）涉及类似Yb3+引起的缺陷状态的Yb3+致敏机制，以及（c）掺杂三价阳离子的CsPbCl3  PeNCs引起的拟议的电荷中性空位缺陷结构。（d）在与图A相同的反应过程中原位收集的PL光谱。使用375 nm激发以〜370 s-1的恒定NC激发速率测量PL光谱。加入TMS-Br后每隔14分钟记录一次吸收和PL光谱。


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图3. （a）使用纯CsPbBr3和CsPbBr3:Mn（2.6 mol%）和CsPbBr3:Mn（3.8 mol%）作为绿光发射器的典型多层结构PLED器件的示意图。（b）基于纯CsPbBr3和CsPbBr3:Mn（2.6 mol%）和CsPbBr3:Mn（3.8 mol%）PeNCs的三种类型PLED的亮度与驱动电压特性，以及（c）这些器件作为亮度函数的EQE。（d）基于掺锡CsPbBr3的绿色发光器件的EL光谱。插图中的照片显示了12 V下的工作装置。（e）基于在6.0 V恒定驱动电压下测试的纯和掺杂Sr2+的α相CsPbI3 PeNCs的再发射PeLED器件的稳定性数据。注意，PeLED的亮度已标准化为其初始值。

（文：爱新觉罗星）


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