XII淺析鈣鈦礦量子點(diǎn)的應(yīng)用目錄TOC\o"1-3"\h\u516淺析鈣鈦礦量子點(diǎn)的應(yīng)用 -1-68321.1鈣鈦礦量子點(diǎn)在LED中的應(yīng)用 -1-76171.1.1鈣鈦礦發(fā)光二極管的原理 -1-213791.1.2鈣鈦礦量子點(diǎn)LED的研究現(xiàn)狀 -2-171011.1.3鈣鈦礦量子點(diǎn)LED面臨的問題與挑戰(zhàn) -2-68891.2鈣鈦礦量子點(diǎn)在太陽能電池中的應(yīng)用 -3-229371.3鈣鈦礦量子點(diǎn)在光電探測器中的應(yīng)用 -4-1.1鈣鈦礦量子點(diǎn)在LED中的應(yīng)用1.1.1鈣鈦礦發(fā)光二極管的原理當(dāng)偏壓程度達(dá)到某種取值時(shí)，鈣鈦礦發(fā)光二極管(PeLEDs)，將會(huì)開始產(chǎn)生作用機(jī)制，利用發(fā)光層中的陽極和陰極的電子混合物(產(chǎn)生激子)，離子通過輻射反射回到基本狀態(tài)，導(dǎo)致光子發(fā)光，發(fā)光波長的長度是依據(jù)發(fā)光二極管中的帶隙的取值決定(能夠有效的調(diào)節(jié)鹵素離子類型和晶體顆粒大小加以控)。需要引起我們關(guān)注的是，對(duì)于之前固有的LED器件來說，鈣鈦礦發(fā)光二極管PeLEDs所使用的發(fā)光源材料有著水平非常高的色純度，資金成本更少，而且能夠采用溶液處理的辦法，是一種全新的MHPs材料。圖3-1具體展示的是鈣鈦礦薄膜的光致發(fā)光及PeLEDs器件的電致發(fā)光作用原理。圖3-SEQ圖\*ARABIC\s11鈣鈦礦發(fā)光二極管發(fā)光原理REF_Ref31346\r\h[13]1.1.2鈣鈦礦量子點(diǎn)LED的研究現(xiàn)狀發(fā)射的光譜帶和控制所釋放的光的可能性，不僅可以為照明領(lǐng)域發(fā)揮積極的影響，而且在顯示領(lǐng)域的作用也是至關(guān)重要的。而對(duì)于這種類型的量子點(diǎn)來說，一方面可以進(jìn)行電致發(fā)光的作用，另一方面還可以進(jìn)行光致發(fā)光的作用。它的作用原理是能夠產(chǎn)生發(fā)光二極管（LEDs），在這兩種模式的作用下，最終形成LEDs。在產(chǎn)生白光LEDs期間，對(duì)于全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)的構(gòu)造而言，應(yīng)該采用豐富多彩的鹵素結(jié)構(gòu)。因此，需要避免不同鹵素組成的全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)之間的陰離子交換。Li課題組REF_Ref31346\r\h[13]將綠色先涂抹在藍(lán)光芯片上，然后再將紅色復(fù)合涂抹在藍(lán)光芯片上，經(jīng)過真空干燥后制備出白光LEDs。相對(duì)于以光致發(fā)光為基礎(chǔ)的LEDs，以電致發(fā)光為基礎(chǔ)的LEDs的顯示質(zhì)量與性能比光致發(fā)光為基礎(chǔ)的LEDs更優(yōu)越，但制造條件也更加嚴(yán)格。在之后的發(fā)展中，Song研究小組REF_Ref31487\r\h[17]主要著重于研究它產(chǎn)生的效率以及在運(yùn)用過程當(dāng)中的平穩(wěn)性。不可否認(rèn)的是，要想使得LEDs提高效率，量子點(diǎn)發(fā)光層的PLQY是有效的參數(shù)表參考，遺憾的是它的參數(shù)通常都低于標(biāo)準(zhǔn)值。這是一種量子點(diǎn)薄膜自猝滅的現(xiàn)象，解決這個(gè)問題的辦法是用聚合物封裝、外延保護(hù)層等。其他研究學(xué)者的研究成果就是，充分發(fā)揮聚乙烯亞胺的作用，有效的合成了量子點(diǎn)，使其在薄膜中的成分構(gòu)造有效的鈍化。一方面利用CsPb(Br/I)3產(chǎn)生LEDs，外量子效率的占比是百分之六點(diǎn)三，另一方面利用CsPbI3量子點(diǎn)薄膜產(chǎn)生LEDs，外量子效率的占比是百分之七點(diǎn)二五。全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)LED與熒光粉和鎘系量子點(diǎn)LED相比，全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)LED在寬色域方面有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)。1.1.3鈣鈦礦量子點(diǎn)LED面臨的問題與挑戰(zhàn)不可否認(rèn)的是，PeLEDs有較高水平的光電性能，而且在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中不斷的更新迭代，只是還有很多需要完善的地方。首先，以PeLEDs為構(gòu)造的器件，并不平穩(wěn)，極易發(fā)生變化。造成這種現(xiàn)象的客觀因素總結(jié)如下：（1）對(duì)于鈣鈦礦材料而言，本來就非常不平穩(wěn)，極易發(fā)生變化，尤其是和水以及氧氣的有效結(jié)合，成分更容易發(fā)生改變；（2）在它的所有構(gòu)造中，無法合理的匹配能級(jí)，也就是說，無法使得電子空穴的作用發(fā)揮到極致，不能有效的平衡；（3）對(duì)于溶液法制備薄膜而言，不能達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量，孔洞的出現(xiàn)不計(jì)其數(shù)，很容易造成發(fā)光猝滅的現(xiàn)象；（4）電極方面，與氧氣結(jié)合過度的氧化現(xiàn)象的出現(xiàn)，主要是其中的金屬成分很容易產(chǎn)生過度的氧化現(xiàn)象，最終使得導(dǎo)電性不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平，注入無法有效完成；（5）當(dāng)偏壓的取值達(dá)到某個(gè)程度，離子在薄膜中移動(dòng)，就像在儀器運(yùn)行期間出現(xiàn)焦耳熱的現(xiàn)象，導(dǎo)致儀器性能下降；（6）封裝無法滿足要求。第二，目前PeLEDs器件主要研究綠光、紅光的，對(duì)藍(lán)光PeLEDs的研究較少。為了實(shí)現(xiàn)全彩發(fā)射或者白光發(fā)光效率高、穩(wěn)定性好的藍(lán)光器件的研究必不可少。第三，現(xiàn)在的PeLEDs器件都比較小。第四，金屬鹵化物中的金屬鉛（Pb+）有毒不僅對(duì)人類的生活帶來威脅且易溶于水污染環(huán)境，盡管目前已經(jīng)出現(xiàn)了用其他離子（錳離子）代替鉛離子，但是非鉛鈣鈦礦發(fā)光二極管的性能較差。1.2鈣鈦礦量子點(diǎn)在太陽能電池中的應(yīng)用硅基太陽能技術(shù)是太陽能光伏技術(shù)中發(fā)展最成熟，應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，然而，硅太陽能電池需要較高水平的原始硅純度REF_Ref29913\r\h[15]。而鈣鈦礦材料因其光吸收系數(shù)高、載流子壽命長、便捷、資金成本少，鈣鈦礦太陽能電池將是以后的發(fā)展方向。由鈣鈦礦制成的太陽光電池原理如圖3-2所示，對(duì)于單結(jié)太陽能電池，光吸收材料的最佳帶隙在1.1～1.4eV，最高可實(shí)現(xiàn)約百分之三十三的效率。在器件結(jié)構(gòu)中，鈣鈦礦光活性層在很大程度上決定了器件的效率，提升器件的效率和改善器件的穩(wěn)定性可以通過改變鈣鈦礦材料的化學(xué)組分或優(yōu)化成膜的方法。圖SEQ圖\*ARABIC3-2太陽能電池能級(jí)示意圖REF_Ref29913\r\h[15]全無機(jī)鈣鈦礦多晶薄膜的制備可以通過溶液處理技術(shù)、真空制備技術(shù)等技術(shù)來制備。采用不同的制備工藝通常取決于鈣鈦礦材料的組成。在這些成膜技術(shù)基礎(chǔ)上可以利用溶液的前驅(qū)體工程、溶劑工程、結(jié)晶工程、摻雜工程和后處理工程開提高薄膜質(zhì)量?，F(xiàn)如今，對(duì)于晶硅太陽能電池，其理論轉(zhuǎn)化效率最高的占比是百分之二十九點(diǎn)四，目前這一取值最大的占比是百分之二十六點(diǎn)六。隨著轉(zhuǎn)化效率的提高空間的縮小，鈣鈦礦太陽能電池已成為世界上最有發(fā)展希望的材料。2021年4月2日，無錫極電光能科技有限公司對(duì)外宣布在大面積鈣鈦礦組件效率上取得了巨大的進(jìn)展，經(jīng)全球權(quán)威測試機(jī)構(gòu)JET嚴(yán)格檢驗(yàn)，在61.98cm2的鈣鈦礦光伏組件上實(shí)現(xiàn)了20.5%的光電轉(zhuǎn)換效率。這種效率是世界上最高的，因?yàn)樗苡行У亟Y(jié)合大規(guī)模的鈣鈦礦部件。1.3鈣鈦礦量子點(diǎn)在光電探測器中的應(yīng)用隨著鈣鈦礦被大眾廣泛了解，大大的促進(jìn)了鈣鈦礦材料在光電相關(guān)領(lǐng)域的研究，尤其是光電探測領(lǐng)域。光電探測器在航天航空、軍事、生物成像等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。鈣鈦礦材料由于其載流子遷移率高，在光電探測器領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展前景。而且，鈣鈦礦薄膜就可以吸收很強(qiáng)的光，不僅促進(jìn)了光生載流子的傳播速度，而且光響應(yīng)速度也很快。苗及其研究小組REF_Ref31820\r\h[18]成員提出利用具有較小光學(xué)帶隙的混合鹵化物或混合Sn-Pb鈣鈦礦材料來擴(kuò)展鈣鈦礦光電探測器的光譜響應(yīng)范圍，而且將無機(jī)(或有機(jī))材料和鈣鈦礦材料組合或?qū)⑥D(zhuǎn)換材料和鈣鈦礦材料組合在一起也可以促進(jìn)研究的發(fā)展。其他相關(guān)的研究人員提出了設(shè)計(jì)低維納米結(jié)構(gòu)和形成的異質(zhì)結(jié)來提高