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Tipo do documento: Dissertação
Título: Microespectroscopia fluorescente hiperespectral aplicado ao estudo das propriedades ópticas de filmes finos de nanocristais de perovskita CsPbBr(x)I(3-x)
Autor: SOUZA, Gabriel Fabrício de 
Primeiro orientador: VIVAS, Marcelo Gonçalves
Primeiro membro da banca: MENDONÇA, Cleber Renato
Segundo membro da banca: SCHIAVON, Marco Antônio
Resumo: Nanocristais de Perovskita (ABX3) tem se mostrado um material extremamente promissor para aplicações em células solares, dispositivos optoeletrônicos, fotocatalisadores, sensores de umidade e temperatura, dispositivos de memória, limitadores de potência óptica e fotodetectores de baixo custo de alta eficiência. Tais características se devem a sua elevada eficiência quântica de fluorescência, aliada a condução iônica dos portadores de carga. Contudo, tanto os mecanismos de Difusão Iônica desencadeados pela fotoexcitação como a transferência de energia entre os nanocristais (NCs) são pouco compreendidos. Para contornar estes problemas, NCs de perovskita de haletos com diferentes composições químicas vem sendo propostas tanto do ponto de vista teórico quanto experimental. Neste contexto, esta dissertação teve como objetivo o estudo de algumas propriedades desencadeadas pela fotoluminescência, em Filmes Finos de nanocristais perovskita CsPbBrxI(3-x), através da técnica de Microespectroscopia de Fluorescência Hiperespecral resolvida em frequência. Essa técnica foi implementada no Laboratório de Espectroscopia Óptica e Fotônica da Universidade Federal de Alfenas, para utilização imediata neste projeto. A primeira parte desta dissertação, consistiu em montar o aparato experimental e seus respectivos programas de interpretação/análise dos dados. Testes iniciais foram feitos com letras impressas em papel Chamex, com gramatura de 90 g/m², a fim de testar e ajustar as configurações para sondagens das amostras. Uma vez que todo o sistema óptico foi desenvolvido e testado, foram investigados os processos ópticos apresentados pelos Filmes Finos de nanocristais de Perovskita CsPbBr3, CsPbBr2I e CsPbBrI2. Para as amostras CsPbBr3 foram identificadas um aumento na intensidade de fluorescência em relação a fluorescência inicial (24 a 70%) e um leve alargamento no comprimento de onda máximo, para o vermelho, associado ao pico da emissão. Neste caso, a potência acelerou a cinética dos efeitos exibidos. As amostras de CsPbBr2I exibiram conversão das fases iodeto em brometo como principal característica da fotoluminescência. Com o início da irradiação, a fase de I sofreu uma queda abrupta até a estabilização, enquanto a fase brometo iniciou um crescimento significativo, superando a intensidade de fluorescência inicial apresentada pela fase iodeto. Foi identificado que o aumento da potência acelera o efeito da fotoconversão. Acontece que, com a irradiação, os átomos de I, que inicialmente estava organizado junto com os átomos de Br ao longo da extensão do material são expulsos da rede cristalina, fazendo com que haja regiões ricas em cada fase haleto. Por isso, foi utilizado o método Linear Unmixing para determinação da contribuição de cada fase haleto, à fluorescência total apresentada, onde percebeu-se uma região rica na fase de Br (região central); região de mistura entre as fases haleto, formando um halo nas regiões adjacentes a região central; e uma região rica na fase de I externa ao halo. A região central que apresentou domínios na fase brometo, foi quantificada e observou-se uma tendência de aumento do comprimento de difusão da fase iodeto, à medida que se aumentou a potência de irradiação. Por fim, as amostras CsPbBrI2 apresentaram efeito de fotodegradação. Mesmo para a menor potência irradiada, o fenômeno de fotodegradação foi imediato. Também foi observado recuperação no escuro, após 30 minutos, mostrando uma reversibilidade total do processo, para a potência de 50 µW. Pode-se concluir que a técnica implementada é eficaz, pois permitiu estudar vários fenômenos desencadeados pela fotoluminescência, cujos resultados estão em concordância com os resultados apresentados na Literatura.
Abstract: Perovskite nanocrystals (ABX3) has shown to be an extremely promising material for applications in solar cells, optoelectronic devices, photocatalysts, humidity and temperature sensors, memory devices, optical power limiters and low-cost high-efficiency photodetectors. Such characteristics are due to its high quantum efficiency of fluorescence, allied to the ionic conduction of the charge carriers. However, both the Ion Diffusion mechanisms triggered by photoexcitation and the energy transfer between nanocrystals (NCs) are poorly understood. To overcome these problems, halide perovskite NCs with different chemical compositions have been proposed both from a theoretical and experimental point of view. In this context, this dissertation aimed to study some properties triggered by photoluminescence, in Thin Films of CsPbBrxI(3-x) perovskite nanocrystals, through the technique of Frequency Resolved Hyperspectral Fluorescence Microspectroscopy. This technique was implemented at the Optical and Photonic Spectroscopy Laboratory of the Federal University of Alfenas, for immediate use in this project. The first part of this dissertation consisted of setting up the experimental apparatus and their respective data interpretation/analysis programs. Initial tests were carried out with letters printed on Chamex paper, with a weight of 90 g/m², in order to test and adjust the settings for probing the samples. Once the entire optical system was developed and tested, the optical processes presented by the Thin Films of Perovskite nanocrystals CsPbBr3, CsPbBr2I and CsPbBrI2 were investigated. For the CsPbBr3 samples, an increase in fluorescence intensity was identified in relation to the initial fluorescence (24 to 70%) and a slight increase in the maximum wavelength, towards the red, associated with the emission peak. In this case, potency accelerated the kinetics of the displayed effects. CsPbBr2I samples exhibited conversion of iodide to bromide phases as the main feature of photoluminescence. With the beginning of irradiation, the I phase suffered an abrupt drop until stabilization, while the bromide phase started a significant growth, surpassing the initial fluorescence intensity presented by the iodide phase. It was identified that increasing the power accelerates the photoconversion effect. It turns out that, with irradiation, the I atoms, which were initially organized together with the Br atoms along the length of the material, are expelled from the crystal lattice, causing rich regions to exist in each halide phase. Therefore, the Linear Unmixing method was used to determine the contribution of each halide phase to the total fluorescence presented, where a region rich in the Br phase was perceived (central region); mixing region between the halide phases, forming a halo in the regions adjacent to the central region; and an I-phase-rich region external to the halo. The central region that presented domains in the bromide phase was quantified and a trend towards an increase in the diffusion length of the iodide phase was observed, as the irradiation power increased. Finally, the CsPbBrI2 samples showed photodegradation effect. Even for the lowest radiated power, the photobleaching phenomenon was immediate. Recovery in the dark was also observed after 30 minutes, showing a total reversibility of the process, for the power of 50 µW. It can be concluded that the implemented technique is effective, as it allowed the study of several phenomena triggered by photoluminescence, whose results are in agreement with the results presented in the Literature.
Palavras-chave: Nanocristais semicondutores de perovskita.
Microscopia de fluorescência hiperespectral.
Fotoengrandecimento da fase brometo.
Fotodegradação da fase iodeto.
Fotoconversão das fases brometo em iodeto.
Área(s) do CNPq: FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
Programa: Programa de Pós-graduação em Física
Citação: SOUZA, Gabriel Fabrício de. Microespectroscopia fluorescente hiperespectral aplicado ao estudo das propriedades ópticas de filmes finos de nanocristais de perovskita CsPbBr(x)I(3-x). 2023. 103 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, MG, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2351
Data de defesa: 16-Fev-2023
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