零维铜基钙钛矿Cs3Cu2I5单晶的生长及其性能研究

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全无机零维结构的铜基钙钛矿Cs3Cu2X5(X=Cl、Br、I)化学性能稳定、发光量子产率高、低廉合成、环境友好,是一种理想的光电半导体材料,在白光照明、高能射线探测、紫外区光电转化领域具有广阔的应用前景。目前铜基钙钛矿材料的制备方法多采用高温熔盐法或水溶液法,材料形态为多晶薄膜材料,其具有制备工艺复杂、合成成本高、周期较长的缺点。本硕士论文开展低温溶剂生长大尺寸铜基钙钛矿Cs3Cu2I5单晶的研究,探索单晶生长工艺,并重点分析了Cs3Cu2I5单晶的光学和相结构性能。主要的研究成果如下:(1)低温溶剂法制备铜基钙钛矿Cs3Cu2I5单晶。生长温度控制在60℃、溶剂比例控制在DMF:DMSO=4:1、晶体的生长时间为72 h,可以制备尺寸为1.1cm×1.35 cm的铜基钙钛矿Cs3Cu2I5单晶。(2)探究单晶生长温度和乙酸甲酯生长促进剂调节单晶生长过程。发现生长温度控制在60℃时,制备的铜基钙钛矿Cs3Cu2I5单晶的表面最光滑,晶体透亮度最高,晶体质量最好,发光性能最好,温度过高过低都不利于晶体的制备。N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸甲酯的比值需要控制在4:1:1,此时制备的铜基钙钛矿Cs3Cu2I5单晶的发光性能最好,量子发光效率最高,质量最佳。(3)铜基钙钛矿Cs3Cu2I5单晶的光学性能。单晶光致发光量子效率为58.53%,发射波长位于446 nm左右,stock位移高达142 nm能够有效地抑制晶体自吸收,具有良好的光学性能。(4)铜基钙钛矿Cs3Cu2I5单晶的分解反应。铜基钙钛矿Cs3Cu2I5单晶的熔点为398℃。Cs3Cu2I5单晶遇水、甲醇、乙醇等有机溶剂会发生Cs3Cu2I5至CsCu2I3的分解。我们将该分解原因归结为Cs3Cu2I5单晶中Cs I成分在有机溶剂中的溶解。CsCu2I3单晶光量子产额低于Cs3Cu2I5单晶,因此,遇水、甲醇、乙醇分解的铜基钙钛矿Cs3Cu2I5单晶发光性能都显著下降。
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