基于金属卤化物钙钛矿的自驱动光电器件设计及机制研究

The project aims at solving self-power nano-optoelectronic devices and preparing metal halide perovskite nanogenerators and studying its applications in photoelectronic devices. By combining nanogenerators and nano-optoelectronic devices, the stable and efficient devices without power driving based on metal halide perovskite can be realized. The project is intended to synthesize advanced functional materials, design and prepare self-power optoelectronic device and do related examination and analysis. On the one hand, developing the stable and repeatable synthetic method and monitoring the materials synthesis through deeper understanding reaction mechanism and process. On the other hand, based on theoretical device design and experimental verification, making perovskite self-driven optoelectronic devices by vacuum thermal evaporation and international standard testing system, and trying to produce “wearable devices” and “smart writing”. The purpose of the project is to get performed and practical self-power nano-optoelectronic devices through experimental design, improvement and verification.

本项目针对纳米光电器件自驱动问题进行研究，提出基于金属卤化物钙钛矿材料的纳米发电机制备及其在光电器件中的应用。将纳米发电机与纳米光电器件进行整合，以光电性能优异的热门材料金属卤化物钙钛矿为研究主体，进行不同研究领域的有效交叉与结合，旨在制备出基于金属卤化物钙钛矿的性能稳定高效的无外界电源驱动的纳米光电器件，主要研究先进功能材料合成，自驱动光电器件设计和制备，器件检测分析等内容。一方面，构建具有稳定可重复的化学合成方法，通过加深理解反应机理和过程来进一步指导合成高效的金属卤化物钙钛矿纳米材料。另一方面，通过理论器件设计和实验数据验证，采用真空蒸镀系统成膜和国际化标准的测试系统，制备钙钛矿自驱动光电器件并尝试“可穿戴设备”和“智能签名”方面的应用，通过实验对器件设计进行评估、改进和检测，以期获得性能优异、实用性强的自驱动纳米光电器件系统。

我们利用甲脒基有机无机杂化钙钛矿纳米晶为研究对象，对于少铅钙钛矿合成及光电特性进行了系统的分析，并总结重金属Pb钙钛矿合成和发光特性方面的主要影响及潜在机制，并将少铅甲脒基钙钛矿纳米晶应用于发光二极管器件当中，对比不同含量的Pb对器件发光的影响，这项工作为少铅和无铅钙钛矿的研究提供了重要参考；以全无机钙钛矿晶体为研究对象，对尺寸从纳米到微米级的晶体生长及发光机制进行深入研究，并且对发光变化背后的晶型转变进行了对比，为全无机钙钛矿晶体生长及发光机理的研究提供了新的思路与参考，同时在对低温发光特性的研究过程中，我们发现，不同温度范围内的发光机制是不用的，在温度逐渐升高的过程中，全无机钙钛矿从激子间接复合为主转变为直接复合为主，这为无机钙钛矿发光机制提供了新的证据；二维或准二维钙钛矿纳米片，毫米级二维钙钛矿单晶，从合成方法到发光特性，都表现出量子效应，其中的激子或极化子特性，对光电性质有重要的影响，对相关工作的总结具有重要意义；钙钛矿自驱动光电器件，从材料选取，器件制备，测试和性能机制分析，我们做了系统的工作，并进行总结，为钙钛矿自驱动光电器件，尤其是纳米发电机的发展，提供了新的思路和解决方法。