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全无机钙钛矿CsPbBr_3的形貌调控与放大自发辐射研究

唐阳  
【摘要】:钙钛矿材料由于其具有吸收效率高、缺陷态密度低、载流子迁移率高、直接带隙可调等诸多优点,在光电材料领域中备受关注,在太阳能电池、发光二极管的应用中颇具潜力。同时,制备工艺简单、形貌调控方便,钙钛矿材料本身也是一种非常理想的激光增益介质。自2014年发现钙钛矿薄膜的放大自发辐射现象,钙钛矿激光成为了发光领域重要的研究方向之一。而当前的研究实现注入式电泵浦激光器仍然是巨大的挑战,如何降低受激辐射的阈值是当下研究主流。对于钙钛矿激光来说,形貌的好坏对放大自发辐射的影响甚大。本文以全无机钙钛矿CsPbBr3为激光增益介质,围绕着如何降低放大自发辐射,展开了一下几个方面的工作:(1)利用了聚合物高分子PEO掺杂,对钙钛矿平面光波导的形貌进行优化。研究结果表明,PEO的掺杂可以改变CsPbBr3溶液的粘滞性,增加CsPbBr3在衬底表面的滞留,影响钙钛矿的结晶过程,提高CsPbBr3薄膜的表面覆盖率。使薄膜能形成高质量的平面光波导结构,降低光在传播过程中散射损耗。在ASE测试中,出现了明显的光谱窄化,薄膜的受激辐射阈值得到降低,达到2.69kw/cm2。(2)使用了反溶剂蒸汽法制备了各种形貌的钙钛矿晶体,并改进制备方法,通过疏水处理诱导CsPbBr3微米棒的合成。实验中使用聚四氟乙烯为疏水材料,通过对衬底表面进行疏水处理达到限制钙钛矿溶液分布,控制钙钛矿材料结晶的方向性,达到诱导合成钙钛矿微米棒的目的。对微米棒进行脉冲光泵浦,当单脉冲能量达到0.196μJ/pulse时,钙钛矿微米棒实现了放大自发辐射。(3)通过对钙钛矿溶液施加非均匀电场,形成厚度不均的液膜,从而控制钙钛矿的生长方向,制备了带状形貌的钙钛矿。其毫米尺度的表面积以及平整的表面符合光波导结构需求,对微米带进行光泵浦,实现了阈值为0.225μJ/pulse的放大自发辐射。


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