一维CsPbI3纳米材料的制备与结构调控及其光电特性研究

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一维CsPbI3半导体纳米材料优良的光电特性,如高吸收系数、长载流子扩散长度、高载流子迁移率、长载流子寿命,以及其一维导电通道限制载流子的活动区域和缩短载流子运输距离,在高效光电器件领域具有潜在的应用前景。本论文聚焦一维CsPbI3新颖纳米材料,围绕其生长、结构调控及其光电特性,开展了一些探索性研究工作。综合本论文工作,取得的主要研究成果如下:
  (1)一维CsPbI3纳米带制备及其生长机理。采用溶剂热法,首次报道了一维CsPbI3纳米带的制备及其宽厚比调控。研究表明,所制备的纳米带为δ相单晶结构,沿[100]方向生长。通过改变碳酸铯前驱体添加量,实现了纳米带的宽度及厚度调控,进而实现其宽厚比从1到6.35的调控。纳米带的生长机理主要归因于表面活性剂辅助的各向异性生长机制。
  (2)一维CsPbI3纳米带的电学特性。研究表明,单晶CsPbI3纳米带的带隙为~2.7eV,功函数(Φ)为~3.56eV,价带顶(VBM)及导带底(CBM)相对于真空能级分别为~?4.86和~?2.16eV。对CsPbI3纳米带的电子发射特性检测和分析,结果表明,纳米带的电子发射遵循传统场发射机制。当阴极阳极间距d=900μm时,纳米带的开启电场和场增强因子分别约为2.62V/μm和3553,最大电流密度可达~560μA·cm-2,优于已有报道的有机无机钙钛矿基和大多数无机纳米场发射阴极的性能。
  (3)Sn掺杂CsPbI3一维纳米材料的光电特性。采用溶剂热法,实现了单晶Sn掺杂CsPbI3纳米带的制备,其VBM和CBM分别是~?4.37eV和~?1.94eV,带隙为~2.43eV。光电探测性能研究表明,Sn掺杂CsPbI3纳米带光电探测器的响应度、外量子效率和探测率分别能达到1.18×103A·W-1、3.63×105%和6.43×1013Jones,展现出优异的光电探测特性。
  (4)CsPbI3纳米管的光电特性。采用溶剂热法,实现了单晶CsPbI3纳米管的制备。基于CsPbI3纳米管组装的光电探测器,其响应度、探测率和外量子效率分别达到1.84×103A·W-1、9.99×1013Jones和5.65×105%,其探测率超过了ABX3(A=MA,FA,Cs;B=Pb;X=Cl,Br,I)基光电探测器已有性能报道的最高值。其光电探测性能的改善,主要归因于纳米管独特腔体结构所具有的陷光效应。
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