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稀土掺杂铅卤钙钛矿发光、光电材料与器件研究进展
| 更新时间：2023-02-09
|
稀土掺杂铅卤钙钛矿发光、光电材料与器件研究进展 增强出版
- Advances in rare earth doped lead halide perovskite luminescence, optoelectronic materials and devices
- 发光学报 2023年 null卷 第null期 (2023)
- 作者机构：吉林大学 电子科学与工程学院,吉林,长春,130012
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/CJL.20220391 中图分类号：
-
网络出版日期：2023-02-09，
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引用本文
宋宏伟,周东磊,白雪等.稀土掺杂铅卤钙钛矿发光、光电材料与器件研究进展[J].发光学报,
SONG hong-wei,ZHOU dong-lei,BAI xue,et al.Advances in rare earth doped lead halide perovskite luminescence, optoelectronic materials and devices[J].Chinese Journal of Luminescence,
宋宏伟,周东磊,白雪等.稀土掺杂铅卤钙钛矿发光、光电材料与器件研究进展[J].发光学报, DOI：10.37188/CJL.20220391
SONG hong-wei,ZHOU dong-lei,BAI xue,et al.Advances in rare earth doped lead halide perovskite luminescence, optoelectronic materials and devices[J].Chinese Journal of Luminescence, DOI：10.37188/CJL.20220391
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"宋宏伟 （1967-），吉林大学电子科学与工程学院/集成光电子国家重点联合实验室教授、博士生导师；中科院BR计划（2000）、国家杰出青年基金获得者（2009）、吉林省第三批省管高级专家（2011）、领衔的“微纳信息材料与器件创新团队”入选国家重点领域创新团队（2017）、第四批国家万人计划领军人才（2018）。现担任中国颗粒学会发光专业委员会副主任、中国物理学会发光分会委员、中国稀土学会发光专业委员会委员，是Nanomaterials、Journal of Nanosciences and Reports、Scientific Report、Current Chinese Science、《发光学报》等学术期刊的编委，以及高等学校优秀科研成果奖、国家自然科学奖的会评专家。主要从事稀土发光材料、光电子材料与器件研究；迄今在Advanced Material, Advanced Energy Material, Nano Letters, Light: Science and Applications等国际重要学术期刊发表SCI论文400余篇，撰写英文专著2章，累计SCI他引12000多次，H因子60，2014-2020年连续入选中国高被引学者榜单。获国家自然科学二等奖、吉林省自然科学一等奖、吉林省科技进步一等奖、高等学校优秀科研成果自然科学二等奖等学术奖励。"
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"data": "。因此，通过紫外到可见及近红外荧光转换（下转换或下转移过程）、红外到可见荧光转换（上转换过程）也就成为电池设计的一种策略。一般来说，这种荧光转换材料既可以设计在电池的电极外面，也可以设计在电池的内部。设计在电池外面的优点是对电池的电学性能几乎没有影响，只需考虑对电池光学性能的影响。而设计在电池的内部，问题则更加复杂；既要考虑对器件光学性能的影响，又有考虑对器件电学性能的影响"
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"data": "。应该指出的是，根据系统深入的研究结果，上转换荧光转换层对各种电池中光电转换效率提升的主要原因是来自于荧光纳米粒子对光的散射增强作用（在标准太阳能常数下），而非荧光转换引起的可见光增强作用"
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"data": "。 这主要是由于目前所报道的上转换材料，发光的给体和受体都来自稀土离子的4f-4f跃迁，在进行太阳能电池应用时存在如下的问题：（a）由于发光中心密集的能级以及由此产生的非辐射跃迁过程，发光的量子效率通常较低（1-10%）, 50 nm以下的纳米尺度发光材料通常比体材料还要低一个数量级左右（0.1-1%）；另外，上转换发光的量子效率，是一个功率依赖的函数。在弱光条件下，其发光量子效率比一般条件下测量到的还要显著下降。（b）稀土离子的吸收截面为10"
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"data": ", 这意味着在器件允许的厚度下（钙钛矿电池有源层的一般厚度为400-500 nm, 电极修饰层的厚度一般小于100 nm）, 从光捕获能力上很难达到对红外光的有效利用；（c）一般来讲，荧光转换层所采用的稀土离子的激发跃迁为窄带跃迁，一般只能转换太阳能谱中的极少一部分波长的光。所以，要获得对光电转换效率提升能力贡献很大的材料，这些问题必须逐一解决。"
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}
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"data": "。也尝试过各种不同的方法，包括“自上而下”的物理制备方法（如激光溅射、磁控溅射、电子束蒸发），和“自下而上”的胶体化学制备方法"
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"data": "。 在实验上，当这一层的厚度小于100 nm时，可以使光电转换效率略有提升 （"
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"name": "text",
"data": "b）。而由于其电介质的属性，电池的阻抗会随着引入层厚度的增加而显著下降。 应该指出的是，这些荧光转换层的引入，除了对效率的提升之外，对太阳能电池的光照稳定性提升很大, 且具有普遍性 （"
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"data": "。因为稀土离子的跃迁就是窄带跃迁，所以探测到的红外光电信号也自然是窄带的。这可以避免由宽带探测器通过选通滤光实现窄带探测时，产生即使引入高端的截止滤光片，也难以消除的信号串扰。当然，这种探测器件也要区分由稀土离子跃迁产生的光电信号（E"
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"data": "）和钙钛矿自身的带间跃迁（E"
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"data": "）产生的信号（借助钙钛矿下的蛋和遗传学上钙钛矿自己下的蛋）， 但是这种区分是相对简单和容易实现的，因为我们可以通过钙钛矿材料带隙的调控来实现稀土红外跃迁和钙钛矿跃迁间大的Stokes位移。这类器件的探测能力（D），可以达到10"
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"data": "。采用特殊的核壳结构纳米材料设计，也可以同时实现多波长红外光的检测，例如，我们最近采取核壳复合结构纳米材料的设计，实现了对808 nm, 980 nm 和1540 nm波长红外光的同时检测（"
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"data": "c-d）。在此基础上制备的光电器件，对多个红外波长都可以达到10"
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}
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"data": "。为了实现对808 nm, 980 nm和1540 nm不同波段的光可区分的检测，我们采取了脉冲光频率的调制策略，不同的脉冲光频率可以实现对发射波长的调控，从而可以实现对探测光波长的区分 （"
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}
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"data": "。这种多频道的检测有望通过单一的器件对不同的目标进行追踪，在军事领域具有潜在的应用价值。采用稀土跃迁的光电探测器，探测过程的响应时间一般和稀土离子的跃迁寿命相当，为数百微秒到几个毫秒的量级。理想情况上，响应电流与功率间的依赖关系，与功率的平方成正比。但是由于上转换材料的泵浦饱和效应，以及光电响应材料中缺陷态的存在对自由载流子的再捕获过程，一般的功能依赖关系都会小于平方关系，甚至很多时候呈现线性或亚线性关系。在二维Yb"
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"data": "的激励下，样品的光电流；（c） UCNCs级联放大示意图；（d） MLA/CSS UCNC复合材料在808、980和1540 nm激发光下的增强因子，激发功率密度为2 mW cm"
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