论文总字数：23760字

摘 要

钙钛矿量子点拥有出色的光学性能，近年来在发光二极管、光电探测器、激光材料等各种方面有着多样的应用，但全无机钙钛矿量子点仍然具有一些未被克服的缺陷例如稳定性较差，大量含有毒性较强的Pb² 离子等。本论文的主要工作与结论如下：

（1）采用热注射法合成Sn² 离子掺杂的CsPbI₃钙钛矿量子点，一锅法合成的Cd² 离子掺杂的CsPbBr₃钙钛矿量子点，通过对掺杂离子、掺杂量、反应温度的控制，获得具有不同特性的钙钛矿量子点。

（2）使用Sn² 对CsPbI₃量子点进行掺杂时，当Sn² 掺杂量提高，钙钛矿量子点荧光光谱向红外方向移动。当反应温度发生变化时量子点的荧光光谱同样会发生红移。

使用Cd² 掺杂钙钛矿量子点时，其荧光光谱向短波方向移动。当掺杂量达到一定值后荧光光谱图上出现了新一个的蓝色峰，掺杂量增加时蓝色峰逐渐增强而原有绿色荧光峰减弱。

（3）Sn² ，Cd² 离子掺杂钙钛矿量子点晶体结构均未发生明显变化。XRD, 高分辨透射电镜，XPS证明掺杂离子取代Pb² 进入了钙钛矿量子点的晶格，从而引起能带结构变化，导致光谱变化。

关键词：量子点；钙钛矿；离子掺杂；热注射法；一锅法

Abstract

Perovskite quantum dots have excellent optical properties. In recent years, they have various applications in various aspects such as light-emitting diodes, photodetectors, and laser materials. However, all-inorganic perovskite quantum dots still have some unsurpassed defects such as stability. Poor sex, contains a lot of Pb² ions with strong toxicity and so on. In this article our main work and conclusions are as follows:

(1) Using hot injection and one-pot synthesis of Sn² ion-doped CsPbI₃ perovskite quantum dots and one-pot synthesis of Cd² ion-doped CsPbBr₃ perovskite quantum dots, by doping ions, doping Control of the amount and reaction temperature to obtain perovskite quantum dots with different characteristics.

(2)Use Sn² to dope CsPbI₃ quantum dots, when the amount of Sn² doping is increased, the fluorescence spectrum of perovskite quantum dots moves to the infrared direction. When the reaction temperature changes, the fluorescence spectrum of quantum dots will also change.

When using Cd² doped perovskite quantum dots, the fluorescence spectrum moves to the short-wave direction. When the doping amount reaches a fixed value, a new blue peak appears on the fluorescence spectrum. When the doping amount increases, the blue peak gradually and the original green fluorescence peak weakens.

(3) The ion-doped perovskite quantum dots have no obvious crystal structure compared with the undoped perovskite quantum dots. The doped ions did enter the lattice of the perovskite quantum dots, replacing some of the Pb² lattices.

Key Words: ：Quantum dots; perovskite; ion-doped; hot injection method; one-pot method

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 发展历史 2

1.3 钙钛矿量子点的结构与制备工艺 4

1.4 钙钛矿量子点的研究现状与应用 5

1.5本论文的主要研究内容 8

第2章 离子掺杂钙钛矿量子点的合成 9

2.1 实验药品与仪器 9

2.2 离子掺杂钙钛矿量子点的合成 10

2.2.1 热注射法合成CsPbI₃量子点 10

2.2.2 一锅法合成CsPbBr₃钙钛矿量子点 11

2.3 钙钛矿量子点的测试表征 11

第3章 Sn² 掺杂CsPbI₃的光学与结构特性 12

3.1 Sn² 离子掺杂量对量子点性能的影响 12

3.2 温度对量子点性能的影响 16

3.3 本章小结 17

第4章 总结与展望Cd² 掺杂CsPbBr₃的光学与结构特性 19

4.1 Cd² 离子掺杂量对量子点性能的影响 19

4.2 本章小结 21

第5章 总结与展望 22

5.1 总结 22

5.2 展望 22

参考文献 23

致 谢 25

附录1 26

附录2 27

第1章 绪论

1.1 引言

量子点是一种半导体纳米晶。当半导体在三维尺度上均小于激子波尔半径时，量子限域效应导致半导体从原本的连续能级变为分离能级。当量子点受到一定的电压或者光压激发时，电子及空穴在价带和导带之间跃迁，如果这种跃迁能量以光子辐射跃迁形式释放出来，会产生发光^[4]。量子点的禁带宽度与量子点大小有关，一般情况下，禁带宽度随量子点直径的增大而减小，相应发光光谱也会向长波方向移动。硫化镉量子点在1983年被Brus博士发现，他注意到硫化镉量子点的颜色随着其尺寸的变化而变化，并首次提出胶状量子点这一概念，他的这一重大发现引领了后来科研工作者对量子点这一领域的深入探索^[28]。随着对硫化镉量子点的一步步深入研究，转换效率较低，生产过程会产生严重污染等问题逐渐受到关注，科研工作者们开始致力于开发新的量子点材料。CsPbX₃（X = Cl，Br，I等）全无机钙钛矿量子点（Inorganic Perovskite Quantum Dots, IPQDs）就是一种近年来被开发的新型量子点，其发光具有色纯度高、较高的荧光量子产率、发光光谱可调、较窄的半峰宽等一系列优点，受到了研究人员的广泛关注，并且已经在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、激光、生物荧光标记等领域展示出了广阔的应用前景。但目前全无机钙钛矿仍然存在着一些缺陷，例如稳定性较差，其中蕴含的铅离子具有较大毒性，发光光谱可调节范围有限等^[11]。在钙钛矿量子点中引入杂质离子提供了另一种合成思路，可以以控制量子点光电特性并赋予量子点新功能，例如由于掺杂剂中电子不成对而产生的磁性或由于激子在杂质离子上的重组而产生的有效斯托克斯频移。此外，目前已证明钙钛矿薄膜的杂质掺杂可改善其在太阳能电池中的性能。在引入不同的杂质离子实现对钙钛矿成分的控制的工作中，出现了一种在CsPbBr₃量子点合成后再进行阳离子交换反应的新方法。为了降低全无机钙钛矿量子点中Pb² 的含量，以及拓宽量子点的可控光谱范围，我们使用该方法，使钙钛矿量子点中的Pb² 阳离子被其他二价阳离子（M = Sn² ，Cd² ）部分取代，产生了掺杂的CsPb_1-xM_xBr₃量子点^[17]。本文的主要目的有两个方面，其一是从无机钙钛矿量子点的发展历史，材料性能、制备工艺、研究现状与发展前景等方面介绍钙钛矿量子点材料。其二是提高钙钛矿量子点的稳定性，降低其中的Pb² 含量，我们测试了在不同掺杂量，不同掺杂离子，不同反应温度的情况下钙钛矿量子点的形貌性能。本文的总体目标在于讨论不同合成参数对钙钛矿量子点光学性能的影响，综合多个方面获得具有优异光学性能的钙钛矿量子点，以期将这样的钙钛矿量子点投入实际应用，扩展钙钛矿量子点的应用范围与发展范围。

1.2 发展历史

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