论文摘要
钙钛矿半导体具有较强的光吸收能力、较大的载流子迁移率以及广泛可调节的直接带隙,在光电器件应用方面有着巨大的潜力。钙钛矿量子阱由于其特殊的一维受限结构,拥有较快的载流子复合过程与较强的发光性能,并且由于有机层氨基盐阳离子为疏水材料,钙钛矿量子阱拥有较好的稳定性,在外界环境中能够长时间稳定存在。在光电器件应用中,载流子迁移率与复合过程对器件效率有着非常重要的意义,为了进一步优化钙钛矿量子阱光电器件结构,提高器件效率,本论文利用时间分辨太赫兹光谱技术,对具有不同结构的钙钛矿量子阱薄膜样品进行探测,计算得到了各个样品的载流子迁移率与复合速率,并对其进行对比。首先测量了钙钛矿量子阱薄膜样品的载流子迁移率。通过改变量子阱有机层氨基盐阳离子种类（正丁胺BA、苯乙胺PEA）与无机层层数（n=l,2,3,无穷）,合成制备了七种钙钛矿量子阱薄膜样品,分别对其进行太赫兹时域光谱探测,提取出复光致电导率,并对其进行Drude-Smith模型拟合,计算得到各个薄膜样品的载流子迁移率。实验得到三维钙钛矿体材料（MAPbl3,n=无穷）的载流子迁移率约为395 cm2V-1s-1,随着无机层层数减小,钙钛矿量子阱载流子迁移率逐渐减小,无机层层数为1时,有机层阳离子为正丁胺的钙钛矿量子阱薄膜样品载流子迁移率约为126 cm2V-1s-1;同时,对于无机层层数相同的钙钛矿量子阱,有机层阳离子为苯乙胺的薄膜样品载流子迁移率大于有机层阳离子为正丁胺的薄膜样品。载流子迁移率的变化主要与钙钛矿量子阱电子能带结构有关,钙钛矿量子阱中载流子被束缚在势阱内,改变有机层阳离子种类或无机层厚度,都会影响载流子受到限制效应的强弱,从而改变载流子迁移率,量子限制效应越强,载流子迁移率越小。然后探测了钙钛矿量子阱薄膜样品的载流子复合过程。我们对各个薄膜样品进行了皮秒时间分辨与纳秒时间分辨的光泵浦太赫兹检测,得到光致载流子复合过程,并对其进行速率方程拟合,计算得到了各个薄膜样品的光致载流子复合速率。以有机层阳离子为苯乙胺,无机层层数为3的钙钛矿量子阱薄膜样品为例,其单分子复合速率约为0.5×109 s-1,有效双分子复合速率约为2.1×10-9 cm3s-1,有效俄歇复合速率约为0.06×10-27 cm6s-1。对比各个钙钛矿量子阱薄膜样品的载流子复合速率,光致载流子有效双分子复合速率与有效俄歇复合速率有着相似的变化趋势,无机层厚层数n越大,有效双分子复合速率与有效俄歇复合速率越大;对于无机层层数相同的钙钛矿量子阱,有机层阳离子为苯乙胺的薄膜样品光致载流子有效双分子与有效俄歇复合速率大于有机层阳离子为正丁胺的薄膜样品;载流子单分子复合速率与钙钛矿量子阱结构之间没有明显的依赖关系。这一现象主要与钙钛矿量子阱中量子限制效应和激子结合能有关,量子限制效应越强,复合速率越快,激子结合能越小,材料内自由载流子产生效率越大。而载流子单分子复合过程主要为单个电子、空穴被缺陷俘获的过程,单分子复合速率与材料缺陷密度等因素有关。为了进一步提高钙钛矿量子阱光电器件效率,需要对其载流子迁移率与复合过程有更为清晰的认识,本论文对钙钛矿量子阱材料内载流子动力学过程进行了探测,发现了钙钛矿量子阱结构对载流子动力学过程的影响,并对其进行了对比和讨论,为钙钛矿量子阱光电器件的进一步优化提供了实验数据与理论指导。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 陈鸿飞
导师: 张春峰
关键词: 钙钛矿量子阱,太赫兹脉冲,时间分辨太赫兹光谱,载流子动力学,载流子迁移率,载流子复合过程,量子限制效应,激子结合能
来源: 南京大学
年度: 2019
分类: 基础科学,信息科技
专业: 物理学,无线电电子学
单位: 南京大学
分类号: O471.1
总页数: 83
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