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重庆师范大学在钙钛矿激光领域取得重要研究进展

时间:2023-12-11 点击数量:

日前,重庆师范大学物理与电子工程koko体育张丁可教授团队在钙钛矿激光领域取得重要研究进展,以“Linearly Manipulating Color Emission via Anion Exchange Technology for High Performance of Amplified Spontaneous Emission of perovskites”为题在国际顶级学术期刊《Advanced Materials》(中科院1区,top期刊,影响因子32.086)发表研究成果。该论文第一署名单位为重庆师范大学,张丁可教授的研究生刘念为论文第一作者,重庆师范大学张丁可教授、皮明雨副教授和国家纳米中心刘新风教授为共同通讯作者。

图1为论文页面截图

全无机卤化铅钙钛矿(LHPs)由于具有高吸光系数、高荧光量子效率、窄半峰宽、简单全溶液处理等优点,在光电和光伏器件领域具有广阔的应用前景。根据分子特性,混合卤化物钙钛矿CsPb(Cl/Br)3和CsPb(Br/I)3可以在CsPbCl3、CsPbBr3和CsPbI3之间通过快速阴离子交换法得到整个可见光谱区域的明亮光发光(PL)。这种反应通常在液相进行,特点是反应速率快,使其难以持续和准确地控制卤素比。已有研究尝试调节液相反应中的阴离子交换反应速率,交换反应过程速度仍然太快,难以控制晶体动力学生长过程,也没有办法连续准确地控制卤素比。然而,减缓阴离子交换反应过程将有效地减少薄膜的表面缺陷状态,促进具有良好形貌和结晶度的高质量薄膜的形成,这有利于应用于光学放大器和激光器。

鉴于此,重庆师范大学张丁可教授团队提出了一种简单的蒸汽/固体阴离子交换策略来控制反应过程,实现带隙和放大自发发射(ASE)波长的大范围调整,它表现出温度依赖的阴离子交换速率。团队通过优化反应温度,在90 ℃处,仅通过控制反应时间,就可以线性地操纵ASE波长。ASE峰位置与反应时间之间有明显的线性关系。另外,与液相阴离子交换法获得的CsPbClBr2薄膜相比,采用气/固阴离子交换技术制备的钙钛矿薄膜具有优越的薄膜质量和增强的ASE性能。他们将ASE性能的提高归因于离子交换反应时间的延长,这导致晶体成核和结晶生长动力学缓慢,最终形成均匀和致密的薄膜。最后,团队分析了控制阴离子交换反应的机理,这项工作有望在未来使用简单和可控的技术来开发高质量的全彩可调谐激光器。

图2.(a)所制备的CsPbX3薄膜未被激光泵浦和被激光泵浦的照片。(b)制备的一系列CsPbX3薄膜的吸收和PL光谱。(c)制备的一系列CsPbX3薄膜的XRD图谱。

图3.(a)CsPbClxBr3-x薄膜的照片。(b)CsPbClxBr3-x薄膜在0~8小时不同反应时间下的XRD谱。(c)CsPbClxBr3-x薄膜在不同反应时间下的吸收光谱和PL光谱。(d)CsPbClxBr3-x薄膜的ASE与纳秒脉冲激光器泵浦反应时间的关系。(e)加热温度为90℃时,ASE峰值位置位移与反应时间的线性关系。


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