【摘 要】
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铅卤钙钛矿因高的载流子迁移率、高的光吸收率、可调谐的光电特性在显示器、发光二极管（LED）、太阳能电池等光电器件领域具有重大潜力。然而,铅卤钙钛矿暴露在光/湿/高温环境下具有差的稳定性,在人体中存在铅的毒性,成为商业化道路的巨大阻碍。虽然目前通过掺杂、包裹等方案去解决问题,但仍需更多努力。无铅双钙钛矿与铅卤钙钛矿具有相似的晶体结构特点,其高稳定性、低毒和优异的光学性能成为铅卤钙钛矿的潜在替换材料。
【基金项目】
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国家自然科学基金； 广西自然科学基金重点项目； 广西重点研发计划；
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铅卤钙钛矿因高的载流子迁移率、高的光吸收率、可调谐的光电特性在显示器、发光二极管（LED）、太阳能电池等光电器件领域具有重大潜力。然而,铅卤钙钛矿暴露在光/湿/高温环境下具有差的稳定性,在人体中存在铅的毒性,成为商业化道路的巨大阻碍。虽然目前通过掺杂、包裹等方案去解决问题,但仍需更多努力。无铅双钙钛矿与铅卤钙钛矿具有相似的晶体结构特点,其高稳定性、低毒和优异的光学性能成为铅卤钙钛矿的潜在替换材料。双钙钛矿发光多来源于自限域激子（STE）发光机制,其固有的直接/间接带隙、宇称禁止跃迁和强的电子-声子耦合作用限制它在可见光范围内的发射。因此,本论文通过掺杂来调制双钙钛矿奇偶禁止跃迁和实现能量传递转移过程制备在可见光区域内发光的荧光材料,主要内容如下:（1）采用水热法将Sb3+离子掺杂到Cs2NaInCl6中实现蓝光（410 nm）发射的Sb3+:Cs2NaInCl6双钙钛矿荧光材料。通过多种表征测试和密度泛函理论（DFT）探究了Sb3+:Cs2NaInCl6双钙钛矿材料的晶体结构、光学性质和蓝光STE发光机理。通过控制掺杂组分来优化性能,在投料比Sb/（In+Sb）=0.1时荧光量子产率（PLQY）最高,可达75.89%。DFT计算表明,Sb3+离子打破了Cs2NaInCl6双钙钛矿的奇偶禁止跃迁,有效地调节了态密度（DOS）,从而大幅度提高蓝光STE发射的PLQY。19.56 me V的电子-声子耦合、11.96的黄-里斯因子和1.1 e V的斯托克斯位移,合理地解释了Sb3+:Cs2NaInCl6双钙钛矿较窄的半峰宽以及优异的蓝光STE发射。变温荧光光谱测试表明Sb3+:Cs2NaInCl6双钙钛矿材料在变温条件下蓝光峰位不随温度而偏移。温度相关的时间分辨曲线测试的微秒级寿命值表明Sb3+:Cs2NaInCl6双钙钛矿材料符合双钙钛矿材料STE荧光发射的特点。最后在365 nm的紫外线下连续照射1000小时后,仍保持高的PLQY。这种稀缺的、高效稳定的蓝光双钙钛矿为发光二极管的蓝光材料选择上提供了一种可能。（2）采用水热法将Mn2+离子掺杂到Cs2NaInCl6中实现红光（610 nm）发射的Mn2+:Cs2NaInCl6双钙钛矿荧光材料。通过多种表征测试和DFT探究了Mn2+:Cs2NaInCl6双钙钛矿材料的晶体结构、光学性质和红光发射机理。在投料比为Mn/In=1.2时PLQY最高,约为5%。通过对Mn2+:Cs2NaInCl6双钙钛矿材料的发光机理分析,证实了发光源于[MX6]八面体配位中Mn2+的d-d电子轨道4T1→6A1跃迁。时间衰减曲线测得寿命值约为0.21 ms,符合Mn2+在双钙钛矿基质中Mn2+的4T1→6A1跃迁时达到的微秒或亚微秒级别寿命特点。DFT计算表明,当理论上Mn掺杂取代In达到50%的原子比时,带隙从4.13 e V变成1.84 e V。这种稳定的、无毒的新材料为下一代红光钙钛矿发光二极管的应用上提供了一种选择。
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