Φασματοσκοπικές μετρήσεις φωταύγειας στους Περοβσκίτες CsPbBr3 και CsSnBr3

Βαρβέρης, Ιωάννης; Varveris, Ioannis

dc.contributor.author	Βαρβέρης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Varveris, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2020-09-30T10:49:10Z
dc.date.available	2020-09-30T10:49:10Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51231
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18929
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Φάσματα φωτοφωταύγειας	el
dc.subject	Ανόργανοι μεταλλικοί περοβσκίτες αλογονιδίων	el
dc.subject	Χρονική εξέλιξη έντασης φωταύγειας	el
dc.subject	Χαρτογράφηση έντασης φωταύγειας	el
dc.subject	Μετρήσεις σε χαμηλές θερμοκρασίες	el
dc.subject	Photoluminescence spectra	en
dc.subject	Inorganic metal halide perovskites	en
dc.subject	Time resolved photoluminescence	en
dc.subject	Photoluminescence intensity mapping	en
dc.subject	Low temperature measurements	en
dc.title	Φασματοσκοπικές μετρήσεις φωταύγειας στους Περοβσκίτες CsPbBr3 και CsSnBr3	el
dc.title	Photoluminescence spectroscopy measurements of the CsPbBr3 and CsSnBr3 Perovskites	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Εφαρμοσμένη φυσική	el
heal.classification	Φασματοσκοπία φωταύγειας	el
heal.classification	Περοβσκίτες	el
heal.classification	Applied Physics	en
heal.classification	Perovskites	en
heal.classification	Photoluminescence spectroscopy	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-06-10
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια έχει υπάρξει αυξημένο ενδιαφέρον για τους περοβσκίτες και τη χρήση αυτών σε σύγχρονες τεχνολογικές εφαρμογές. Οι ανόργανοι περοβσκίτες αλογονιδίων είναι υλικά τρισδιάστατης κρυσταλλικής δομής ABX3, όπου Α+ είναι ένα μονοσθενές ανόργανο στοιχείο (στην περίπτωσή μας Cs+), B(2+) ένα δισθενές μέταλλο (εδώ Pb(2+) ή Sn(2+)) και X- ένα ανιόν αλογόνου (εδώ Br-). Τα υλικά αυτά συνδέονται με ποικίλες οπτικές ιδιότητες, εύκολα ρυθμιζόμενες μέσω εναλλαγής των ιόντων αλογόνου, γεγονός που συμβάλλει στη μεταβολή της ενέργειας της ζώνης σθένους τους. Παράλληλα, παρουσιάζουν ισχυρή απορρόφηση και εξιτονική εκπομπή στο ορατό φάσμα και έχουν την ικανότητα αύξησης του ενεργειακού τους χάσματος με τη θερμοκρασία, σε αντίθεση με τους περισσότερους ημιαγωγούς. Αυτό αποδίδεται στην αντεστραμμένη ηλεκτρονιακή δομή τους, που επιτρέπει στο υλικό την εμφάνιση δυναμικής στερεοχημικής αταξίας στην κυβική φάση και άρση της υψηλής συμμετρίας λόγω μετατόπισης των κατιόντων. Αυτό είναι γνωστό και ως φαινόμενο της «εμφάνισης». Οι ιδιότητες των υλικών αυτών τα καθιστούν κατάλληλα για εφαρμογές σε ηλιακές κυψελίδες, κυρίως λόγω χαμηλού κόστους και υψηλής απόδοσης που αγγίζει πλέον το 23%. Επίσης, σημαντική είναι και η ενσωμάτωσή τους σε διατάξεις ανίχνευσης ακτινοβολίας ακτίνων-X και ακτίνων-γ, ενώ, ταυτόχρονα, πολλά υποσχόμενη είναι και η χρήση τους σε LEDs. Τα περοβσκιτικά LEDs, γνωστά και ως PeLEDs, συγκεντρώνουν μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον. Αυτό οφείλεται στις εξαίρετες ιδιότητές τους, όπως εύκολα ρυθμιζόμενο ενεργειακό διάκενο (ρύθμιση συχνότητας), υψηλή ευκρίνεια χρώματος και υψηλή κβαντική απόδοση φωταύγειας, έως και 90% (σε quantum dot PeLEDs). Μέσω φασματοσκοπικών μετρήσεων φωτοφωταύγειας είναι εφικτός ο προσδιορισμός ορισμένων από τις προαναφερθείσες οπτικές ιδιότητες. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν πάνω σε δυο ανόργανους μεταλλικούς περοβσκίτες αλογονιδίων, ένα μονοκρυσταλλικό δοκίμιο CsPbBr3 και ένα πολυκρυσταλλικό δοκίμιο CsSnBr3. Η διέγερση έγινε με laser αργού στα 476.5 nm, ενώ χρησιμοποιήσαμε ένα φωτοπολλαπλασιαστή και μια κάμερα CCD για ανίχνευση, καταγραφή και επεξεργασία του σήματος. Στο δείγμα CsPbBr3 λάβαμε μετρήσεις σε ένα εύρος θερμοκρασιών από -195 °C έως και 140 °C, εντός του οποίου παρατηρούνται και δύο αλλαγές φάσης. Αυτά ήταν φάσματα έντασης φωταύγειας συναρτήσει του μήκους κύματος, με μεταβλητή θερμοκρασία και με μεταβλητή τιμή ισχύος του laser. Επιπροσθέτως, πραγματοποιήσαμε μετρήσεις χρονικής εξάρτησης της έντασης της φωταύγειας, καθώς και χαρτογράφηση της έντασης στην επιφάνεια του υλικού, με μεταβλητή θερμοκρασία. Το δοκίμιο βρισκόταν σε περιβάλλον αερίου αζώτου αρχικά και στη συνέχεια υπό ατμοσφαιρικές συνθήκες, περιβάλλον οξυγόνου και ξανά αζώτου. Παρομοίως, στο δείγμα CsSnBr3 πραγματοποιήσαμε μετρήσεις σε ένα εύρος -190 °C έως και -60 °C. Τα πειράματα είχαν να κάνουν πάλι με λήψη φασμάτων έντασης φωταύγειας συναρτήσει του μήκους κύματος και μετρήσεις χρονικής εξάρτησης της έντασης της φωταύγειας, με μεταβλητή θερμοκρασία, ενώ ενδεικτικά λάβαμε και μερικά χαρτογραφήματα της έντασης σε μια επιφάνεια του υλικού. Το δοκίμιο αυτό βρισκόταν αρχικά υπό συνθήκες κενού, ενώ έπειτα εισήχθη αργό εντός της κυψελίδας του. Έχοντας επεξεργαστεί τις μετρήσεις στα δείγματα αυτά, ήταν εμφανής η μετατόπιση της κορυφής φωταύγειας προς μικρότερα μήκη κύματος, με την αύξηση της θερμοκρασίας, ένα χαρακτηριστικό των ανόργανων περοβσκιτών αλογονιδίων. Επίσης, βρήκαμε μια γραμμική εξάρτηση του εύρους φασματικής εκπομπής στο ήμισυ του μεγίστου (fwhm) από τη θερμοκρασία, ενώ ήταν δυνατή η προσαρμογή των περισσότερων χρονοεξαρτώμενων φασμάτων φωταύγειας μέσω μιας διπλά εκθετικής συνάρτησης. Προέκυψαν, έτσι, δυο παράμετροι για κάθε φάσμα που αντιστοιχούν σε διαφορετικές διαδικασίες επανασύνδεσης. Τέλος, έχοντας εισάγει ατμοσφαιρικό αέρα και έπειτα οξυγόνο εντός της κυψελίδας του δείγματος CsPbBr3, παρατηρήσαμε τα φαινόμενα τρεμοσβήσματος (flickering) και αναβοσβήσματος (blinking) της φωταύγειας.	el
heal.abstract	In recent years, there has been increased interest in perovskites and their use in modern technological applications. Inorganic metal halide perovskites present a 3D ABX3 crystal structure, where A+ is a monovalent inorganic element (in this case Cs+), B(2+) is a divalent metal (here Pb(2+) or Sn(2+)) and X- is a halide anion (here Br-). These materials demonstrate various optical properties, easily adjustable by selecting different halide ions, a fact that contributes to the fine tuning of the energy gap. At the same time, they show high absorption values and excitonic emission within the visible spectrum, while being able to increase their energy gap according to the temperature, unlike most semiconductors. This is attributed to their inverted electronic structure, which enables a dynamic stereochemical activation in the cubic phase and breaks the system’s high symmetry, due to cation relocation. This is known as “emphanisis phenomenon”. The properties of these materials render them suitable for applications in solar cells, mostly because of their low cost and high efficiency, that nowadays can reach a value of up to 23%. Moreover, they have also emerged as a suitable candidate for high energy radiation detectors and look to be quite promising for use in LED applications as well. Perovskite LEDs, also called PeLEDs, exhibit high technological interest, owed to their excellent properties, such as their modifiable energy gap (frequency tuning), high colour purity and high photoluminescence quantum efficiency, up to 90% (in quantum dot PeLEDs). Photoluminescence spectroscopy helps identify some of the aforementioned optical properties. The experiments were carried out using two inorganic metal halide perovskites, a monocrystalline CsPbBr3 sample and a polycrystalline CsSnBr3 sample. The excitation was achieved by an argon laser at 476.5 nm, whilst a photomultiplier and a CCD camera helped detect, record and process the signal. On the CsPbBr3 sample, we performed measurements in temperatures ranging from -195 °C to 140 °C, wherein two phase transitions are observed. Those were photoluminescence spectra, with variable temperature and variable laser power. In addition, we conducted time-dependant PL measurements and intensity mapping on the material’s surface, with variable temperature. Initially, the sample was exposed to nitrogen gas environment and subsequently to ambient atmosphere, oxygen and then, once again, nitrogen. Similarly, on the CsSnBr3 sample, we performed measurements in temperatures ranging from -190 °C to -60 °C. These experiments involve PL spectra and time resolved PL measurements, with variable temperature. We also, indicatively, mapped the intensity on the material’s surface. At first, this sample was under vacuum conditions and was later introduced to argon environment. Having conducted and processed these measurements, it was made clear that there is a blue-shift of the peak of the PL spectrum, as the temperature is increased, something which is characteristic of inorganic metal halide perovskites. We also found an almost linear FWHM-temperature dependence and managed to fit most of time-dependant PL data with a bi-exponential function. There, we notice two parameters which correspond to different recombination processes. Lastly, after exposure to ambient atmosphere and oxygen, we observed the PL blinking and flickering phenomena on the CsPbBr3 sample.	en
heal.advisorName	Κόντος, Αθανάσιος	el
heal.advisorName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κόντος, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλάς, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	123 σ.
heal.fullTextAvailability	false