跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.210.83.132) 您好!臺灣時間:2024/05/22 23:47
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:陳沂暉
研究生(外文):CHEN,YI-HUI
論文名稱:無機鈣鈦礦量子點之光激發光譜研究
論文名稱(外文):Study on photoluminescence of inorganic perovskite quantum dots
指導教授:吳亞芬吳亞芬引用關係
指導教授(外文):WU,YA-FEN
口試委員:倪澤恩許宏彬
口試委員(外文):NEE,TZER-ENHSU,HUNG-PIN
口試日期:2019-05-29
學位類別:碩士
校院名稱:明志科技大學
系所名稱:電子工程系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:56
中文關鍵詞:全無機鈣鈦礦量子點室溫合成法變溫光激發光
外文關鍵詞:Inorganic perovskite quantum dotRoom-temperature synthesisPhotoluminescence
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:190
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
近年來量子點相關產品及研究已經廣泛的運用在各種光電領域上,但一般傳統II-VI族化合物,有高度的毒性、合成方法較困難所以逐漸受到限制。全無機鈣鈦礦量子點CsPbX3(X=Cl、Br、I)具有優良的量子效率、半高寬較窄、波長涵蓋整個可見光範圍等優勢,且可以利用較簡易的製備方法及較低成本來生產,受到各界學者高度關注。
本文是利用室溫合成法製備不同成分比例(x=0、0.33、0.5、0.67、1)之全無機鈣鈦礦CsPb(Br1-xIx)3量子點溶液,使用溫度10 K至300 K變溫光激發光(Photoluminescence, PL)系統下觀察其結構溫度相依性,由光譜顯示出不同成分比例涵蓋可見光綠光至紅光範圍。也發現到隨著溫度提升,能量有明顯的藍移趨勢,至高溫時則轉為紅移趨勢,且不同比例之轉變溫度也不同。
我們將藍移現象歸因為電子-聲子相互作用(Electron-phonon interaction)及熱膨脹(Thermal expansion)作用相互影響的程度所導致,而不同比例紅移轉變時之溫度增加歸因為參雜碘元素比例增加。此外,我們也觀察到半高寬在低溫範圍時略微減少,在中高溫範圍時則持續增加,這是因為發光機制與電子-聲子散射效應所造成。藉由此論文作為不同比例Br/I之全無機鈣鈦礦量子點調配之參考依據。

Quantum dots (QDs) have attracted intensive studies in recent years, due to their unique optical properties. Compared to II-VI QDs, all-inorganic perovskite CsPbX3 (X = Cl, Br, I) QDs exhibit outstanding optical properties, such as higher stability, narrow band emissions, tunable color properties and high device efficiency.
In this thesis, CsPb(Br1-xIx)3 perovskite QD with different compositions (x = 0, 0.33, 0.5, 0.67, and 1) were prepared and the temperature-dependent photoluminescence (PL) were carried out in the temperature range from 10 to 300 K. At 10K, the PL emission peaks locate in the wavelength range from 505 to 675 nm as x increases from 0 to 1. To investigate the thermal behaviors of peak energy, full width at half maximum, and intensity of the PL spectra measured from our samples, the carrier emission mechanism, electron-phonon scattering, electron-phonon interaction and thermal expansion effect on the band-gap are discussed. The analysis can serve as a reference for designing perovskite-based optoelectronic devices.

目錄
明志科技大學碩士學位論文指導教授推薦書 i
明志科技大學碩士學位論文口試委員會審定書 ii
致謝 iii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vi
圖目錄 viii
表目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 量子點製程 3
1.2.1 熱注入法製備CsPbX3量子點溶液 3
1.2.2 室溫合成法製備CsPbX3量子點溶液 4
1.3 研究動機 5
第二章 理論與實驗 6
2.1 鈣鈦礦量子點簡介 6
2.1.1 量子點特性 6
1.1.2 無機鈣鈦礦結構 7
2.2 實驗材料 8
2.3 實驗設備 9
2.3.1 電磁加熱攪拌器(Magnetic stirrer): 9
2.3.2 離心機(Centrifuge): 9
2.3.3 超音波震盪清洗器(Ultrasonic cleaner): 10
2.3.4 旋轉塗佈機(Spin coater): 11
2.3.4 手套箱(Glove box): 11
2.3.5 紫外線固化系統(UV Curing): 12
2.3.6 光激發光量測系統(Photoluminescence , PL): 13
2.4 實驗步驟: 20
2.4.1 油酸銫前驅物之製備 20
2.4.2 無機鈣鈦礦 CsPbX3量子點溶液合成 20
2.4.3 ITO基板清洗及處理 21
2.4.4 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點結構置備 21
2.4.5 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點封裝 21
2.4.6 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點變溫特性分析 22
第三章 實驗結果與討論 23
3.1 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點實驗流程圖 23
3.2 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點光激發光光譜(PL)分析 24
3.2.1 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點10K光激發光光譜分析 24
3.2.2 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點10K~300K光激發光光譜分析 30
3.2.3 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點變溫光激發光特性曲線變化分析 35
第四章 結論 50
參考文獻 52

圖目錄
圖 1-1 (a) CsPbX3量子點於紫外光激發下之影像、(b)不同比例之CsPbX3螢光光譜、(c)在穿透式電子顯微鏡下之CsPbBr3結構。 3
圖 1-2 (a)室溫合成法之CsPbX3量子點於紫外光激發下之影像、(b)室溫合成法之TEM CsPbBr3量子點結構、(c)室溫合成法之HR-TEM CsPbBr3量子點結構。 4
圖 2-1 (a)無機鈣鈦礦CsPbX3(X=Cl、Br、I)結構模型。(b)立方晶系(Cubic) (c)正方晶系(Tetragonal) (d)正交晶系(Orthorhombic) 之CsPbX3結構模型。 7
圖 2-2 電磁加熱攪拌器。 9
圖 2-3 離心機。 10
圖 2-4 超音波震盪清洗器。 10
圖 2-5 旋轉塗佈機。 11
圖 2-6 手套箱。 12
圖 2-7 紫外線固化系統。 12
圖 2-8 光激發光量測系統示意圖。 13
圖 2-9 KIMMON Helium-Cadmium 雷射光源。 14
圖 2-10 衰減片。 14
圖 2-11 光學透鏡。 15
圖 2-12 高通濾光片。 15
圖 2-13 Ocean Optics QE65000光譜儀。 16
圖 2-14 冷卻腔體。 17
圖 2-15 溫度控制系統。 18
圖 2-16 低溫幫浦壓縮機。 18
圖 2-17 真空幫浦。 19
圖 2-18 冷卻水循環系統。 19
圖 2-19 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點溶液。 20
圖 2-20 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點樣品。 21
圖 3-1 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點實驗流程圖。 23
圖 3-2 無機鈣鈦礦CsPbBr3 10 K光激發光光譜。 24
圖 3-3 無機鈣鈦礦CsPb(Br0.67I0.33)3 10 K光激發光光譜。 25
圖 3-4 無機鈣鈦礦CsPb(Br0.5I0.5)3 10 K光激發光光譜。 26
圖 3-5 無機鈣鈦礦CsPb(Br0.33I0.67)3 10 K光激發光光譜。 27
圖 3-6 無機鈣鈦礦CsPbI3 10 K光激發光光譜。 28
圖 3-7 無機鈣鈦礦CsPbX3量子點10 K Normalized PL光譜。 29
圖 3-8 無機鈣鈦礦CsPbBr3 10 K-300 K光激發光光譜。 30
圖 3-9 無機鈣鈦礦CsPb(Br0.67I0.33)3 10 K-300 K光激發光光譜。 31
圖 3-10 無機鈣鈦礦CsPb(Br0.5I0.5)3 10 K-300 K光激發光光譜。 32
圖 3-11 無機鈣鈦礦CsPb(Br0.33I0.67)3 10 K-300 K光激發光光譜。 33
圖 3-12 無機鈣鈦礦CsPbI3 10 K-300 K光激發光光譜。 34
圖 3-13 高斯分佈曲線。 36
圖 3-14 高斯分佈之半高寬。 36
圖 3-15 無機鈣鈦礦CsPbBr3量子點(a)發光能量變化曲線(b)半高寬變化曲線(c)發光強度變化曲線。 37
圖 3-16 無機鈣鈦礦CsPb(Br0.67I0.33)3量子點(a)發光能量變化曲線(b)半高寬變化曲線(c)發光強度變化曲線。 39
圖 3-17 無機鈣鈦礦CsPb(Br0.5I0.5)3量子點(a)發光能量變化曲線(b)半高寬變化曲線(c)發光強度變化曲線。 41
圖 3-18 無機鈣鈦礦CsPb(Br0.33I0.67)3量子點(a)發光能量變化曲線(b)半高寬變化曲線(c)發光強度變化曲線。 43
圖 3-19 無機鈣鈦礦CsPbI3量子點(a)發光能量變化曲線(b)半高寬變化曲線(c)發光強度變化曲線。 45
圖 3-20 熱膨脹作用及電子-聲子相互作用曲線關係圖。 47

表目錄
表2-1 本實驗所使用之化學藥品及溶液。 8


[1] D. Chen, S. Yuan, X. Chen, J. Li, Q. Mao, X. Li, and J. Zhong, "CsPbX3 (X = Br, I) perovskite quantum dot embedded low-melting phosphosilicate glasses: controllable crystallization, thermal stability and tunable emissions", Journal of Materials Chemistry C, 6, 6832-6839, 2018
[2] N. J Jeon, J. H Noh, Y. C Kim, W. S Yang, S Ryu and S. I Seok, "Solvent engineering for high-performance inorganic–organic hybrid perovskite solar cells", Nature Materials, 13, 897-903, 2014
[3] Z. Shi and A. H. Jayatissa, "Perovskites-based solar cells: a review of recent progress, materials and processing methods", Materials, 11, 729, 2018
[4] Q. V. Le, H. W. Jang, and S. Y. Kim, "Recent advances toward high-efficiency halide perovskite light-emitting diodes: review and perspective", Small Methods, 1700419, 2018
[5] Z. K. Tan, R. S. Moghaddam, M. L. Lai, P. Docampo, R. Higler, F. Deschler, M. Price, A. Sadhanala, L. M. Pazos, D. Credgington, F. Hanusch, T. Bein, H. J. Snaith, and R. H. Friend,"Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite", Nature Nanotechnology, 9, 687-692, 2014
[6] M. Ahmadi, T. Wu, and B. Hu, "A review on organic-inorganic halide perovskite photodetectors: Device engineering and fundamental physics. advanced materials", 29, 1605242, 2017
[7] L. Dou, Y. M. Yang, J. You, Z. Hong, W. H. Chang, G. Li and Y. Yang, "Solution-processed hybrid perovskite photodetectors with high detectivity", Nature Communications, 5, 5404, 2014
[8] Q. Zhang, R. Su, W. Du, X. Liu, L. Zhao, S. T. Ha, and Q. Xiong, "Advances in small perovskite-based lasers", Small Methods, 1, 1700163, 2017
[9] Y. Fu, H. Zhu, C. C. Stoumpos, Q. Ding, J Wang, M. G. Kanatzidis, X. Zhu, S. Jin, "Broad wavelength tunable robust lasing from single-crystal nanowires of cesium lead halide perovskites (CsPbX3, X = Cl, Br, I)", ACS Nano, 10, 7963-7972, 2016
[10] L. Protesescu, S. Yakunin, M. I. Bodnarchuk, F. Krieg, R. Caputo, C. H. Hendon, R. X. Yang, A. Walsh, and M. V. Kovalenko, "Nanocrystals of cesium lead halide perovskites (CsPbX3, X = Cl, Br, and I): novel optoelectronic materials showing bright emission with wide color gamut", Nano Letters, 15, 3692-3696, 2015
[11] X. Li, Y. Wu, S. Zhang, B. Cai, Y. Gu, J. Song and H. Zeng, "CsPbX3 quantum dots for lighting and displays: room-temperature synthesis, photoluminescence superiorities, underlying origins and white light-emitting diodes", Advanced Functional Materials, 26, 2435-2445, 2016
[12] G. Nedelcu, L. Protesescu, S. Yakunin, M. I. Bodnarchuk, M. J. Grotevent, and M. V. Kovalenko, "Fast anion-exchange in highly luminescent nanocrystals of cesium lead halide perovskites (CsPbX3, X = Cl, Br, I)", Nano Letters, 15, 5635-5640, 2015
[13] J. Song, J. Li, X. Li, L. Xu, Y. Dong, and H. Zeng, "Quantum dot light-emitting diodes based on inorganic perovskite cesium lead halides (CsPbX3)", Advanced Materials, 27, 7162-7167, 2015
[14] S. Wei, Y. Yang, X. Kang, L. Wang, L. Huang, and D. Pan, "Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50–85% photoluminescence quantum yields", Chemical Communications, 52, 7265-7268, 2016
[15] S. D. Stranks, G. E. Eperon, G. Grancini, C. Menelaou, M. J. P. Alcocer, T. Leijtens, L. M. Herz, A. Petrozza, and H. J. Snaith, "Electron-hole diffusion lengths exceeding 1 micrometer in an organometal trihalide perovskite absorber", Science, 342, 341-344, 2013
[16] J. Huang, S. Xiang, J. Yu, and C.-Z. Li, "Highly efficient prismatic perovskite solar cells", Energy & Environmental Science, 12, 929-937, 2019
[17] M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, and E. D. Dunlop, "Solar cell efficiency tables (version 48)", Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 24, 905-913, 2016
[18] T. Ahmed, S. Seth, and A. Samanta, "Boosting the photoluminescence of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals covering a wide wavelength range by postsynthetic treatment with tetrafluoroborate salts", Chemistry of Materials, 30, 3633-3637, 2018
[19] P. Balaz, "Mechanochemistry in nanoscience and minerals engineering", Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008
[20] Y. Fujii, S. Hoshino, Y. Yamada, and G. Shirane, "Neutron-scattering study on phase transitions of CsPbCl3", Physical Review B, 9, 4549-4559, 1974
[21] M. Sakata, T. Nishiwaki, and J. Harada, "Neutron diffraction study of the structure of cubic CsPbBr3", Journal of the Physical Society of Japan, 47, 232-233, 1979
[22] C. K. Moller, "Crystal structure and photoconductivity of cæsium plumbohalides", Nature, 182, 1436. 1958
[23] Y. H. Chang, C. H. Park and K. Matsuishi, "First-principles study of the structural and the electronic properties of the lead-halide-based inorganic-organic perovskites (CH3NH3)PbX3 and CsPbX3 (X=Cl, Br, I)", Journal of the Korean Physical Society, 44, 889-893, 2004
[24] D. Zhang, S. W. Eaton, Y. Yu, L. Dou, and P. Yang, "Solution-phase synthesis of cesium lead halide perovskite nanowires", Journal of the American Chemical Society, 137, 9230-9233, 2015
[25] S. Ananthakumar, J. R. Kumar, and S. M. Babu, "Cesium lead halide (CsPbX3, X = Cl , Br, I) perovskite quantum dots-synthesis, properties, and applications: a review of their present status", Journal of Photonics for Energy, 6, 042001, 2016
[26] D. M. Trots, and S. V. Myagkota, "High-temperature structural evolution of caesium and rubidium triiodoplumbates", Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69, 2520-2526, 2008
[27] M. Ahmad, G. Rehman, L. Ali, M. Shafiq, R. Iqbal, R. Ahmad, Tahirzeb Khan, S. Jalali-Asadabadi, Muhammad Maqbool, and I. Ahmad, "Structural, electronic and optical properties of CsPbX3 (X=Cl, Br, I) for energy storage and hybrid solar cell applications", Journal of Alloys and Compounds, 705, 828–839, 2017
[28] G. Rainò, G. Nedelcu, L. Protesescu, M. I. Bodnarchuk, M. V. Kovalenko, R. F. Mahrt, and T. Stöferle, "Single cesium lead halide perovskite nanocrystals at low temperature: fast single-photon emission, reduced blinking, and exciton sine structure", ACS Nano, 10, 2485-2490, 2016
[29] M. Kira and S. W. Koch,“Semiconductor quantum optics”, Cambridge University Press, 2011.
[30] C. Zou, C.-Y. Huang, E. M. Sanehira, J. M. Luther, and L. Y. Lin, "Highly stable cesium lead iodide perovskite quantum dot light-emitting diodes", Nanotechnology, 28, 455201, 2017
[31] K. Wei, Z. Xu, R. Chen, X. Zheng, X. Cheng, and T. Jiang, "Temperature-dependent excitonic photoluminescence excited by two-photon absorption in perovskite CsPbBr3 quantum dots", Optics Letters, 41, 3821, 2016
[32] R. Pässler, E. Griebl, H. Riepl, G. Lautner, S. Bauer, H. Preis, W. Gebhardt, B. Buda, D. J. As, D. Schikora, K. Lischka, K. Papagelis and S. Ves, "Temperature dependence of exciton peak energies in ZnS, ZnSe, and ZnTe epitaxial films", Journal of Applied Physics, 86, 4403-4411, 1999

電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20240611)
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top