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深圳大学时玉萌团队ACS Energy letters封面文章:Sb3+/Bi3+-共掺Cs2NaInCl6双钙钛矿

发布时间:2021-09-13



近年来,金属卤化物钙钛矿中“自陷态”(STE)的宽谱荧光发射引起了人们的广泛关注。基于单一组分策略的宽谱荧光发射的白光LED可有效简化器件结构,避免多组分策略中普遍存在的自吸收、色稳定性问题。然而,由于缺少可独立调谐的荧光成分,冷暖可调白光仍难以通过单一宽谱发射实现。深圳大学微纳光电子学研究院时玉萌教授课题组的周勃副研究员、刘泽向等人发现在Sb3+掺杂的Cs2NaInCl6双钙钛矿中,除了明亮的宽谱“高能量”蓝色荧光以外,还存在一个微弱的“低能量”黄色宽谱荧光,对应于一个处于“暗态”自陷态荧光。通过微量的Bi3+离子共掺杂策略,在不影响蓝光强度的条件下,显著的增强了Sb3+掺杂Cs2NaInCl6双钙钛矿基质中的黄色荧光强度。在所制备的微米级单晶中实现了效率为~77%的双发射白光。同时,通过改变Cs2NaInCl6基质中Sb3+和Bi3+离子的掺杂量可有效调节蓝色和黄色荧光的相对强度,从而实现色温可调白光。

北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

【图文导读】

图1.所制备Sb3+/Bi3+-共掺Cs2NaInCl6钙钛矿微晶的扫描电镜EDS-mapping及其在自然光与紫外灯下的发光照片。

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Cs2NaInCl6钙钛矿材料具有宽的光学带隙,在260 nm到可见区几乎没有吸收,Sb3+/Bi3+掺杂后表现出类似于单原子吸收和激发行为,这为双发射荧光的溯源提供了较大的方便。激发光谱数据显Sb3+/Bi3+共掺Cs2NaInCl6双发射白光中的蓝色和黄色荧光部分均源自于[SbCl6]3-八面体,但对应不同的“自陷态”过程。蓝色和黄色荧光的激发光谱存在着明显的差别,说明他们来自于不同的能级。其中,蓝色荧光的激发来自于Sb3+离子1S03P2能级的跃迁,由于赝姜-泰勒效应劈裂成两个峰。黄色荧光的激发光谱主要来自于Sb3+离子1S0到亚能级的跃迁,在Bi3+未掺杂前强度非常低,处于“暗态”。在Bi3+共掺杂后,蓝光激发光谱中的两个峰劈裂程度增加,并且两个峰中心的间距随着Bi3+的掺杂量的增加而变大,说明大半径的Bi3+杂质增加了晶体的局部畸变,促进了黄色荧光“自陷态”过程。同时,理论计算表明Bi3+掺杂有效的促进了亚能级的生成,从而促进了黄色荧光的增强。

图二.Sb3+掺杂, Sb3+/Bi3+共掺杂和Bi3+掺杂的Cs2NaInCl6晶体的激发与发射光谱表明共掺晶体中的蓝色与黄色荧光均来自于[SbCl6]3-八面体。

北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

图三.Sb3+/Bi3+共掺Cs2NaInCl6晶体中对应于蓝色荧光与黄色荧光的“自陷态”形成示意图。

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作者介绍:课题组负责人时玉萌教授,深圳大学特聘教授,2018年全球物理类高引学者,2019,2020年全球材料类高被引学者,长期致力于新型二维微纳光电材料的可控制备及其在光电子器件、低能耗器件、柔性电子电路等方面的应用。在本领域取得了一系列重要进展,多项研究成果国际领先。目前已发表学术论文160余篇,总引用次数>17,000次, h-index 44。以第一作者及通信作者在国际主流期刊发表多篇高影响力的论文包括:Science, Chemical Reviews, Chemical Society Reviews, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Advanced Optical Materials, Nano Letters, ACS Nano, Small等,获美国专利,中国发明专利多项。

周勃博士,毕业于吉林大学超硬材料国家重点实验室,现为深圳大学时玉萌课题组专职副研究员,长期从事高荧光产率无机钙钛矿材料的制备与应用。

文章链接:https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01442

B. Zhou, Z. X. Liu, S. F. Fang, H. Z. Zhong, B. B. Tian, Y. Wang, H. N. Li, H. L. Hu, Y. M. Shi, Efficient White Photoluminescence from Self-Trapped Excitons in Sb3+/Bi3+-Codoped Cs2NaInClDouble Perovskites with Tunable Dual-Emission, ACS Energy Lett. 20216, 3343−3351.

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