Φασματοσκοπικές μετρήσεις φωταύγειας στον καθαρό και νοθευμένο με Pdo Περοβσκίτη  CsPbBr3

Βόβλα, Σταυρούλα

dc.contributor.author	Βόβλα, Σταυρούλα	el
dc.date.accessioned	2020-10-08T08:12:19Z
dc.date.available	2020-10-08T08:12:19Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51322
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19020
dc.rights	Default license	en
dc.subject	Μετατόπιση Stokes	el
dc.subject	Περοβσκίτης	el
dc.subject	Φωτοφωταύγεια	el
dc.subject	Φαινόμενο emphanisis	el
dc.subject	Νόθευση	el
dc.subject	Στοιχειομετρική αταξία	el
dc.subject	Ανοχή ατελειών	el
dc.subject	Stokes Shift	en
dc.subject	Perovskite halides	en
dc.subject	Photoluminescence	en
dc.subject	Emphanisis effect	en
dc.subject	Doping	en
dc.subject	Non-stoichiometry	en
dc.subject	Defect tolerance	en
dc.title	Φασματοσκοπικές μετρήσεις φωταύγειας στον καθαρό και νοθευμένο με Pdo Περοβσκίτη CsPbBr3	el
dc.contributor.department	Τομέας Φυσικής	el
heal.type	Bachelorthesis	en
heal.classification	Φυσική Στερεάς Κατάστασης	el
heal.classification	Φυσική Συμπυκνωμένης Ύλης	el
heal.language	el	en
heal.access	free	en
heal.recordProvider	ntua	en
heal.publicationDate	2020-07-24
heal.abstract	Με την ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας την τελευταία εικοσαετία, η χρησιμότητα των ημιαγωγών στις διάφορες εφαρμογές έχει στρέψει την επιστημονική κοινότητα στη μελέτη των περοβσκιτών. Συγκεκριμένα, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στους ανόργανους περοβσκίτες αλογονιδίων, οι οποίοι είναι κρυσταλλικά υλικά με δομή ABX3 στο χώρο όπου A+ είναι ένα ανόργανο κατιόν, B2+ ένα δισθενές κατιόν μετάλλου και X- ένα ανιόν αλογόνου. Το κύριο πλεονέκτημα αυτών των υλικών είναι το μεγάλο εύρος σε οπτικές ιδιότητες, που επηρεάζονται εντόνως από εναλλαγές μεταξύ αλογόνων και τις συγκεντρώσεις των ατελειών τους, με αποτέλεσμα μεταβολές στις ενέργειες των ζωνών αγωγιμότητας και σθένους. Χαρακτηριστική είναι ακόμα η ηλεκτρονική δομή τους, η οποία είναι αντεστραμμένη σε σύγκριση με τους κλασικούς ημιαγωγούς, και οδηγεί σε δυναμική στερεοχημική αταξία της κυβικής φάσης, ήτοι τα κατιόντα μετατοπίζονται αίροντας τον υψηλό βαθμό συμμετρίας. Αυτή η αντιστροφή, η οποία αποδίδεται με τον όρο "emphanisis" σε σχετικές μελέτες, είναι υπεύθυνη για την ισχυρή αλληλεπίδραση των περοβσκιτών με την ορατή ακτινοβολία, τόσο ως προς την απορρόφηση όσο και την εκπομπή που γίνεται μέσω εξιτονίων, και για την διεύρυνση του ενεργειακού διάκενου. Οι περοβσκίτες λοιπόν, εμφανίζουν ένα ελκυστικό σύνολο ιδιοτήτων για τεχνολογικές εφαρμογές, που συμπεριλαμβάνουν και ανιχνευτικές διατάξεις X και γ ακτινοβολίας. Οι μεγάλες σταθερές χρόνου απόσβεσης της φωταύγειας, οι μεγάλες τιμές του γινομένου ευκινησίας επί χρόνος εφησυχασμού μτ και τα μεγάλα ενεργειακά διάκενα που τους χαρακτηρίζουν, οδηγούν σε ανιχνευτές καλής απόδοσης και μικρού θερμικού θορύβου. Παράλληλα, χρησιμοποιούνται σε ανιχνευτικές διατάξεις στερεάς κατάστασης π.χ. σπινθηριστές λόγω της απόδοση φωτορεύματος, της ειδικής ανιχνευσιμότητας και της σταθερότητας τους σε οξειδωτικές συνθήκες και συνθήκες υγρασίας ενώ θεωρούνται ιδανικοί υποψήφιοι για την ανάπτυξη ηλιακών κυψελίδων και LEDs χάρη στην υψηλή αποδοτικότητά τους, το χαμηλό κόστος παρασκευής και τη ρύθμιση της συχνότητας απόκρισης μέσω μεταβολών στο μέγεθος του διάκενου. Το σύνηθες για τη μελέτη των οπτικών ιδιοτήτων τέτοιων υλικών είναι η φασματοσκοπία, με έμφαση στην απόκριση της φωτοφωταύγειας. Σε αυτό αποσκοπούν επομένως τα πειράματα αυτής της διπλωματικής εργασίας όπου δύο δοκίμια του μονοκρυσταλλικού περοβσκίτη CsPbBr3, ένα καθαρό και ένα νοθευμένο με οξείδιο του μόλυβδου (PbO) μετρήθηκαν σε δύο διατάξεις – διπλού φασματόμετρου και οπτικής ίνας με CCD – κατόπιν διεγέρσεως τους με laser διόδου στα 450nm. Οι μετρήσεις και των δύο δοκιμίων αφορούσαν την καταγραφή φασμάτων της έντασης της φωταύγειας συναρτήσει του κυματαριθμού για διάφορες θερμοκρασίες μεταξύ 80 και 430K, εύρος που καλύπτει τις δυο μεταβάσεις φάσεως του υλικού, σε κάθε διάταξη. Ακόμα, πραγματοποιήθηκε η καταγραφή αντίστοιχων φασμάτων για τέσσερεις τιμές της ισχύος του laser στον καθαρό CsPbBr3, στη διάταξη οπτικής ίνας και CCD. Σε κάθε σειρά μετρήσεων, το εκάστοτε δοκίμιο τοποθετούταν σε περιβάλλον αέριου αζώτου. Η επεξεργασία των φασμάτων έφερε στο προσκήνιο το γεγονός ότι η κορυφή φωτοφωταύγειας είναι ο γραμμικός συνδυασμός δύο επιμέρους ζωνών, που μεταβάλλουν τη συμπεριφορά τους ανεξάρτητα με την αύξηση της θερμοκρασίας. Ακόμα, παρατήρησα την ύπαρξη γραμμικού και μη γραμμικού τμήματος της εξάρτησης του φασματικού εύρους στο ήμισυ της μέγιστης τιμής (FWHM) από τη θερμοκρασία, που αντιστοιχούν σε διαφορές της επανασύνδεσης φορέων ανάλογα με τη φάση του υλικού.	el
heal.abstract	With rapid technological developments in the last twenty years, semiconductors' functionality in various applications has led the scientific community to intensive study of perovskites. In particular, the focus is on inorganic halide perovskites, which are crystalline materials with a three-dimensional structure of ABX3, where A+ is an inorganic cation, B2+ is a metal cation and X- is a halide anion. The main advantage of these materials is the wide range of optical properties, which are strongly influenced by altering halogens and their defect concentrations, resulting in changes in the energy levels of conduction and valence bands. Their electronic structure is also characteristic, as it is inverted, when compared with classic semiconductors, and leads to dynamic non-stoichiometry in the cubic phase, i.e. the cations are displaced, lowering the structural symmetry. This distortion, which is attributed as "emphanisis effect" in related studies, is responsible for the strong radiative interaction of perovskites in the visible spectrum, both in terms of absorption and exciton emission, and the energy gap's expansion. Perovskites, therefore, display an attractive set of properties for technological applications, especially in X and gamma radiation detectors. Their distinctive attenuation coefficients, mobility-lifetime μτ products and wide energy gaps produce detectors with great efficiency and minor thermal noise. Furthermore, Organometal Trihalide Perovskites (OTPs) are used in solid state detectors e.g. scintillators due to their high detectivity, ON-OFF ratio and stability under oxidizing and humid conditions while inorganic perovskites are considered ideal candidates for the development of solar cells and LEDs, thanks to their high efficiency, low manufacturing costs and changes in response frequency through changes in the energy gap's size. The most common approach for studying the optical properties of such materials is spectroscopy, with an emphasis on photoluminescence. This is, therefore, the aim of this master thesis' experiments, where two samples of the single-crystalline perovskite CsPbBr3, one pure and one doped with lead oxide (PbO), were measured by two instruments - a double spectrometer and an optical fiber/CCD configuration - with the use of a diode laser at 450nm. The measurements of both trials involved receiving light intensity spectra, in accordance to wavelength, for various temperatures between 80 and 430Κ, a range that covers the material's two phase transitions, in each instrument. Also, corresponding spectra from the pure CsPbB3 sample were received for four values of laser power, in the optical fiber/CCD configuration. In each series of measurements, the specimen was placed in a nitrogen gas-rich environment. Processing of the received spectra brought to the foreground the fact that the photoluminescence peak is the linear combination of two individual curves, which change their behavior with an increase in temperature, independently. Furthermore, I observed the existence of both a linear and a non-linear dependence of the spectrum's width at half the maximum value (FWHM) on temperature, corresponding to differences in carrier recombination in accordance to the material's phase.	en
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	en
heal.numberOfPages	74 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false	en