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双钙钛矿CsAgBiBr的可控构筑及其发光特性研究

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摘要

近年来，卤化铅纳米晶（NCs）因具有窄发射线宽、优异的光致发光量子产率（PLQY）、

宽色域和可调谐带隙等独特的光电特性，在太阳能电池、光电探测器和发光二极管等光

电应用中显示出巨大潜力。但由于铅离子的毒性和不稳定性，卤化铅NCs距离大规模的

商业和工业应用还有很长的路要走。在此背景下，用毒性较低的金属元素替代铅，获得

无铅金属卤化物双钙钛矿NCs在未来的应用非常重要。这不仅可以保持较好的光电性

能，还能提高稳定性，同时，金属离子掺杂在不改变基体材料基本结构的条件下，具有

改变带隙和改善光电性能的优点。因此，本论文选择热注入法制备了无铅双钙钛矿

CsAgBiBrNCs，并对其进行系列的金属离子掺杂。对金属离子掺杂的双钙钛矿

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CsAgBiBrNCs在形态、光学性能和稳定性等方面进行了系统的研究。具体内容如下：

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（1）基于史兰克线反应体系，采用热注入法制备了具有均匀尺寸（8.3±0.7nm）且

良好结晶度的单分散CsAgBiBrNCs，其表现出近红外发射峰（650nm）。但由于

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CsAgBiBrNCs具有间接带隙和宇称禁止跃迁的特性，其PLQY仅为约0.4％。

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（2）在制备的单分散CsAgBiBrNCs的基础上，通过不同价态位置上的掺杂，制

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+3+

备了CsAgKBiBrNCs和CsAgInBiBrNCs。控制K和In的掺杂量，有效

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的调控了钙钛矿纳米晶的能带间隙，同时改善了材料的光学性能。与CsAgBiBrNCs相

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比，CsAgKBiBrNCs和CsAgInBiBrNCs的PLQY分别达到6.82%和14.69%，

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激子寿命从1.44ns分别延长到10.64ns和7.66ns。这是由于CsAgKBiBrNCs和

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CsAgInBiBrNCs的激子结合能和纵向光学声子能量均比CsAgBiBrNCs高，意

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味着CsAgKBiBrNCs和CsAgInBiBrNCs的激子复合非辐射跃迁比

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CsAgBiBrNCs弱。

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经过研究发现，对无铅双钙钛矿进行金属离子掺杂是改善其低PLQY的有效策略之

一。相较于传统的卤化铅钙钛矿，无铅双钙钛矿材料具有较高的激子结合能和良好的稳

定性，并且不含有有毒的铅元素，因此具有更安全的优点。在成功地将金属离子掺杂到

无铅双钙钛矿中后，可以有效地提高其PLQY，并且其较好的稳定性得以继续保持，为

无铅双钙钛矿在发光二极管等方面应用奠定了基础。

关键词：无铅双钙钛矿；纳米晶体；离子掺杂；激子结合能；光学特