《大连化物所开发出新型非铅双钙钛矿纳米晶》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-12-29
  • 中国科学院大连化学物理研究所复杂分子体系反应动力学研究组研究员韩克利团队开发出一种新型非铅双钙钛矿纳米晶,并详细讨论了其激发态载流子动力学机理,相关研究成果发表于《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。

    用于光伏或发光体系的双钙钛矿的结构通式为A2MM'X6,其中A为一价阳离子(Cs+,CH3NH3+等),M为一价金属阳离子(Ag+,Au+,Cu+等),M'为三价金属阳离子(Bi3+,In3+,Sb3+等),X为卤素阴离子(Cl-,Br-,I-)。非铅双钙钛矿材料因为具有和含铅钙钛矿相似的三维结构,在替代含铅钙钛矿方面具有较大的优势。

    目前非铅双钙钛矿材料的性能和含铅钙钛矿相比仍有较大差距,原因主要有两方面:一方面是材料的合成及稳定性的挑战,虽然双钙钛矿理论上的组合有成千上万种,然而真正可以合成并稳定存在的并不多;另一方面缺乏对双钙钛矿材料载流子动力学机理的深入理解,这也是导致其性能无法提高的根本原因。

    该团队研究人员合成出Cs2AgSbX6(X:Br,Cl)双钙钛矿纳米晶,其中,Cs2AgSbBr6纳米晶作为一种新型双钙钛矿属首次报道。该结果表明开发新型双钙钛矿的纳米晶是得到新型材料的有效途径,并对后续开发具有指导作用。科研人员采用飞秒瞬态吸收光谱研究其激发态载流子动力学机理,发现在Ag-Sb双钙钛矿纳米晶中存在强烈的电荷-声子耦合效应,可形成自陷态捕获自由激子。此外,该双钙钛矿纳米晶在多激子相互作用下表现出缓慢的热载流子冷却过程,表明该材料有用于热载流子光电子器件的潜质。

    上述工作得到国家自然科学基金重点项目等资助。

  • 原文来源:http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=381189
相关报告
  • 《复旦开发高效的蓝光发射钙钛矿纳米晶》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2020-09-25
    • 胶体CsPbX3(X=Br、Cl和I)钙钛矿纳米晶在整个可见光谱上表现出可调谐的带隙,在绿色和红色区域表现出较高的光致发光量子产率。但是,由于缺乏高效的蓝光钙钛矿纳米晶,限制了它们在光电应用中的发展。 来自复旦大学张树宇副教授团队最新研究表明,CsPbBr3纳米晶通过钕掺杂可以实现从绿光到深蓝光的可调谐光电发射,在中心波长在459 nm处的纳米晶具有90%的量子产率。相关论文以题为“Highly Efficient Blue-Emitting CsPbBr3 Perovskite Nanocrystals through Neodymium Doping”发表在Advanced Science。 自2015年第一次报告以来,全无机铯铅卤化物钙钛矿CsPbX3 (X=Br、Cl和I)纳米晶(NCs)经历了快速发展。由于其高光致发光量子产率(PLQYs)和窄带单峰发射剖面,组成和相关带隙的灵活性以及材料合成过程简单,在发光二极管、激光器、太阳能电池、和光电探测等领域具有很大的应用潜力。特别是,NCs可以作为白色发光二极管(WLED)的颜色转换荧光粉,并表现出广泛的色域覆盖。此外,光谱的蓝色部分通常是从氯化物基钙钛矿NCs中获得的,该NCs目前具有较低的稳定性和相对较低的PLQY,从而限制了钙钛矿NCs在器件中的应用。 解决这些挑战的一个有效的解决方案是用B位掺杂剂完全或部分取代Pb2+离子。掺杂离子不仅降低了铅的毒性,而且可以通过接近优化的Goldschmidt公差因子来提高CsPbX3 NCs的热稳定性和相稳定性。B位阳离子在决定钙钛矿的电子能带结构及其发射特性方面也起着至关重要的作用。最近的研究已经证明了成功的B位掺杂采用碱土金属离子、过渡金属离子、类金属离子和镧系离子。双发射是Mn2+、Yb3+、Er3+和Eu3+等掺杂物的另一个常见特征,它来源于钙钛矿主体到掺杂客体的能量转移,但是,原始NCs的窄带单峰发射不可避免地受到损害。 通过Sn2+,Cd2+,Zn2+或Al3+部分交换Pb2+可以成功地实现光致发光(PL)蓝移,而没有其他发射峰。但是上述蓝光发射NCs的PLQY仍然不令人满意。为了解决这一问题,通过将Nd3+引入到CsPbBr3 NCs中作为B位掺杂剂,合成了高效的蓝色发射钙钛矿NCS。 图1. a)CsPbBr3:xNd­3+ (x=7.2%) NCs和原始CsPbBr3NCs薄膜的XPS谱。高分辨率XPS光谱分别对应于b)Nd3+3d,c)Pb2+4f和d)Br− 3d。空心圆形符号表示原始数据,实心曲线表示相应的拟合曲线 图2. a)原始CsPbBr3的计算带结构。轨道特征显示了Pb 6s,6p和Br 4p轨道。b)原始CsPbBr3的VBM和CBM的部分电荷密度。c)计算的CsPbBr3:xNd3+的能带结构(x =12.5%)。轨道特征显示了Pb 6s,6p和Br 4p轨道以及Nd 5d轨道。d)Nd3+掺杂的CsPbBr3的VBM和CBM的部分电荷密度 图3. CsPbBr3:xNd3+NCs的溶液时间分辨光致发光衰减曲线 图4. a)WLED的发射光谱。插图显示了工作中的WLED的相关照片。b)与NTSC电视标准和Rec. 2020年标准相比,本工作中WLED的色域。白点显示WLED设备的CIE颜色坐标为(0.34,0.33) 总的来说,通过便捷的室温合成方法首次成功的将Nd3+成功取代了胶体CsPbBr3 NCs中的Pb2+。掺杂浓度可用于以受控方式将发射光谱从绿色调整为蓝色。发出蓝色的CsPbBr3:xNd3+(x = 7.2%)NCs的PLQY值为90%,光谱宽度为19 nm。使用第一性原理计算证明带隙可调性主要由掺杂剂诱导的电子变化驱动,而PLQY的增加与掺杂剂诱导的电子变化驱动的激子结合能增加以及掺杂剂诱导的激子振动子强度提高有关。这种微观上的理解为胶体CsPbX3 NC中的B部位组成工程开辟了新的可能性。
  • 《中国科学院大化所非铅双钙钛矿纳米晶研究取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-03-21
    • 中国科学院大连化物所韩克利研究员带领复杂分子体系反应动力学研究团队在非铅双钙钛矿纳米晶研究中取得新进展。首次合成出具有立方相的非铅双钙钛矿Cs2AgBiX6(X=Cl,Br,I)纳米晶,并发现其热载流子具有超快的冷却时间(小于1ps,1ps=10-12s),表明该材料是一种很好的发光材料。相关研究成果发表在《德国应用化学》上。 含铅钙钛矿纳米晶CsPbX3(X=Cl,Br,I)具有吸光系数大,发光量子产率高,带隙易调节等优点,因此被广泛研究于发光二极管(LED)、纳米激光器、太阳能电池以及光电探测器等方向。然而其中含有的重金属元素铅对环境和人类造成危害,限制了其商业化应用。寻找无毒且性能好的非铅钙钛矿成为当下的研究热点和难点。 科研人员尝试采用毒性较低的铋(Bi)元素来取代铅,形成低维钙钛矿结构。该团队曾于2017年首次成功合成出含Bi的非铅钙钛矿纳米晶Cs3Bi2Br9(Angew. Chem. Int. Ed.),并揭示了其发光动力学机理。在此基础上,团队成员采用溶液法进一步合成了Cs2AgBiBr6双钙钛矿纳米晶,引入的Ag+离子可以和Bi3+离子形成三维立方相钙钛矿。同时,通过采用不同的卤元素(Cl,Br,I),可以实现该纳米晶在395-575nm范围内调节其发光光谱。通过热载流子动力学研究发现,该材料具有超快的热载流子冷却时间(小于1ps),该性能与含铅钙钛矿纳米晶热载流子动力学行为相似,这表明该非铅钙钛矿纳米晶很有可能取代目前的含铅钙钛矿纳米晶,有非常广阔的应用前景。此外,本项研究中还提出了通过减少表面缺陷来提高材料性能的新方案。