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研究生: 徐仲恩
Hsu, Chung-En
論文名稱: 利用六甲基二矽硫烷幫助CsPbI3鈣鈦礦奈米立方晶相穩定之研究
Stabilizing the cubic perovskite phase of CsPbI3 nanocrystals by using small molecules bis(trimethylsilyl)sulfide
指導教授: 陳家俊
Chen, Chia-Chun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 56
中文關鍵詞: 鈣鈦礦奈米晶體立方晶相六甲基二矽硫烷
英文關鍵詞: Perovskite nanocrystals, Cubic phase, Hexamethyl-disilane
DOI URL: https://doi.org/10.6345/NTNU202202824
論文種類: 學術論文
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  • 鈣鈦礦奈米晶體因其在可見光的高吸收係數、雙極性、直接能隙等光學性質,在太陽能電池與發光二極體上都有良好的應用,所以成為備受矚目的發光材料之一,但因為其在大氣下的低穩定性,造成其實際應用上的困難。而此篇研究主要針對此材料的穩定性做探討,此類材料在大氣下因水氧的侵入使其晶體崩解,然而其本身的高光學活性晶相在室溫下,也會自發的轉換成非光學活性的晶相,使其喪失應用的價值。而本實驗利用配體的置換,將原本以油酸為主要配體的鈣鈦礦奈米晶體,置換成小分子的六甲基二矽硫烷,改善了其在大氣下的穩定度,可以從可見光吸收光譜、X光繞射光譜、穿透式電子顯微鏡、螢光放光光譜等,發現到以六甲基二矽硫烷為配體的鈣鈦礦奈米晶體其光學性質維持的時間都較以油酸為配體的鈣鈦礦奈米晶體長,表示此法增強了鈣鈦礦奈米晶體在大氣下具光學活性之立方晶相的穩定性,以利後續之應用

    Perovskite nanocrystals have a good application in solar cells and light-emitting diodes because of their optical properties such as high absorption coefficient, bipolar, direct energy gap and so on, so they become one of the most popular luminescent materials , But because of its low stability in the atmosphere, resulting in its practical application of the difficulties. This study is mainly for the stability of this material. This kind of material in the atmosphere due to the intrusion of water and oxygen to its crystal disintegration, but its own high optical activity crystal phase at room temperature also, will spontaneous conversion Non-optically active crystal phase, so that it lost the value of application. In this study, the use of ligand replacement, the original oleic acid as the main ligand of the perovskite nanocrystals, replaced by small molecules of hexamethyldisilane, improved its stability in the atmosphere, from Visible light absorption spectroscopy, X-ray diffraction spectroscopy, transmission electron microscopy, fluorescence emission spectroscopy, etc. The observed optical properties of perovskite nanocrystals with hexamethyldisilane as ligand Which is more stable than the perovskite nanocrystals with oleic acid as ligand, which indicates that this method enhances the stability of the optically active cubic crystal phase of perovskite nanocrystals in the atmosphere to optimize its application.

    總目錄 謝誌 I 摘要 III Abstract IV 總目錄 VI 圖表目錄 VIII 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 奈米材料之介紹與發展 3 1-2-1 奈米材料的性質 3 1-2-2 量子侷限效應 8 1-2-3 多重激子產生 10 1-2-4 奈米材料之製備 11 1-2-5 奈米材料之應用 13 第二章 文獻回顧 16 2-1 鈣鈦礦材料之介紹 16 2-1-1 鈣鈦礦材料之介紹 16 2-1-2 鈣鈦礦材料之應用 25 2-2 鈣鈦礦奈米晶體的發展 28 2-3 研究動機與目的 31 第三章 儀器設備 32 3-1 紫外光/可見光/進紅外光光譜儀 32 3-2 穿透式電子顯微鏡 33 3-3 螢光光譜儀 35 3-4 時間解析之光激螢光光譜儀 36 3-5 X-射線繞射儀 37 3-6 傅立葉紅外光譜儀 38 第四章 實驗步驟 39 4-1 實驗流程圖 39 4-2 實驗藥品 40 4-3 合成鈣鈦礦奈米晶體步驟 41 第五章 結果與討論 43 5-1 鈣鈦礦奈米晶體鑑定與穩定度比較 43 第六章 結論 54 第七章 參考文獻 55 圖表目錄 圖1-1、湯瑪斯·阿爾瓦·愛迪生 2 圖1-3、藍光GaInN配合YAG螢光粉之白光LED結構示意圖 2 圖1-4、不同維度尺寸材料的能階狀態密度與能量關係圖 4 圖1-5、不同形狀之金銀奈米粒子 5 圖1-7、掃瞄式穿隧電子顯微鏡 6 圖1-10、量子侷限效應 8 圖1-12、毆傑再結合效應 10 圖1-20、量子點太陽能電池 14 圖2-1、(a)礦物學家L.A.Perovski(b)正交晶系 16 圖2-2、(a) 溶膠凝膠法之鈣鈦礦SEM (b) 溶膠凝膠法之鈣鈦礦XRD 17 圖2-3、鈣鈦礦之晶體結構 18 圖2-4、鈦酸鋇之能隙變化圖 19 圖2-5、釔鋇銅氧結構 20 圖2-6、吸收係數圖 21 圖2-7、(a)直接能隙(b)有機無機鈣鈦礦能隙 22 圖2-8、(a) 雙極性(b)載子擴散長度 23 圖2-9、鈣鈦礦熱解 24 圖2-10、鈣鈦礦水解 24 圖2-11、鈣鈦礦太陽能電池效率圖 25 圖2-12、全固態鈣鈦礦太陽能電池 26 圖2-13、三種陽離子混和之鈣鈦礦太陽能電池效率圖 26 圖2-14、鈣鈦礦雷射 27 圖2-15、鈣鈦礦LED效率圖 27 圖2-16、鈣鈦礦量子點 28 圖2-17、鈣鈦礦奈米立方體 29 圖2-18、全無機鈣鈦礦奈米晶體 29 圖2-19、鈣鈦礦奈米晶體穩定性 30 圖2-20、研究動機示意圖 31 圖3-1、紫外光/可見光/進紅外光光譜儀 32 圖3-2、穿透式電子顯微鏡 34 圖3-3、鍍有碳高分子膜之銅網 34 圖3-3、螢光光譜儀 36 圖3-4、X-射線繞射儀 37 圖3-5、傅立葉紅外光譜儀 38 圖4-1 流程圖 39 圖4-2 實驗藥品 40 圖5-1、鈣鈦礦奈米晶體 43 圖5-2、CsPbI3-OA吸收光譜 44 圖5-3、CsPbI3-OA DAY29 45 圖5-4、CsPbI3-TMS吸收光譜 45 圖5-5、CsPbI3-TMS DAY29 46 圖5-6、CsPbI3-OA螢光光譜圖 47 圖5-7、CsPbI3-TMS螢光光譜圖 47 圖5-8、時間解析之光激螢光光譜 48 圖5-9、時間解析之光激螢光光譜 DAY60 49 圖5-10、鈣鈦礦奈米晶體TEM圖 50 圖5-11、鈣鈦礦奈米晶體數天後之TEM圖 51 圖5-12、鈣鈦礦奈米晶體XRD圖 52 圖5-13、鈣鈦礦奈米晶體IR圖 53 圖5-14、鈣鈦礦奈米晶體FTO圖 53

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