仪器表征 - 荧光测试

1、1Weekly update王亮王亮荧光分析法荧光分析法Fluorescence Analysis 一、分子荧光的产生过程二、荧光的产生与分子结构的关系 第一节第一节 分子荧光原理分子荧光原理 Principle of Fluorescence第二节第二节 荧光谱在荧光谱在czts中的应用中的应用一、荧光的产生过程一、荧光的产生过程 Luminescence Process of Molecular Fluorescence * * 分子能级分子能级比原子能级复杂，分子所具有的能级数目远多比原子能级复杂，分子所具有的能级数目远多于原子能级数目。在每个分子的电子能级上，都存在振动、转于原子能级数

2、目。在每个分子的电子能级上，都存在振动、转动能级；动能级； * * 基态基态激发态激发态：吸收特定频率的辐射；量子化；跃迁一：吸收特定频率的辐射；量子化；跃迁一次到位；次到位； * * 激发态激发态基态基态：弛豫过程，多种途径和方式；速度最快：弛豫过程，多种途径和方式；速度最快、激发态寿命最短的途径占优势；、激发态寿命最短的途径占优势； 1. 1. 分子能级与跃迁分子能级与跃迁2.2.电子激发态的多重度电子激发态的多重度* * 大多数有机分子的大多数有机分子的基态基态处于单重态；处于单重态；* * 电子电子激发态激发态有有单重态与三重态之分（取决于电子的自旋方向单重态与三重态之分（取决于电子的

3、自旋方向 M=2S+1，S为电子自旋量子数的代数和为电子自旋量子数的代数和(0或或1)；* * 根据洪特规则，平行自旋（根据洪特规则，平行自旋（三重态三重态）比成对自旋（）比成对自旋（单重态单重态） 稳定，因此，三重态能级比相应单重态能级低；稳定，因此，三重态能级比相应单重态能级低； S0T1 属于禁阻属于禁阻跃迁，需要通过其跃迁，需要通过其他途径进入，而且他途径进入，而且进入的几率小；进入的几率小； 3.3.激发态激发态基态的能量传递途基态的能量传递途径径 电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射跃迁跃迁(发光发光)和无辐射跃迁等方式失

4、去能量。和无辐射跃迁等方式失去能量。传递途径传递途径辐射跃迁辐射跃迁荧光荧光磷光磷光内转换内转换外转换外转换系间窜越系间窜越振动弛豫振动弛豫无辐射跃迁无辐射跃迁S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间窜跃内转换振动弛豫能量l l 2l l 1l l 3 外转换l l 2T2内转换振动弛豫8蒽蒽乙醇溶液的吸收光谱与荧光光乙醇溶液的吸收光谱与荧光光谱谱非辐射能量传递过程非辐射能量传递过程 振动弛豫振动弛豫：同一：同一电子能级内以热能量交换形式由高振动能级电子能级内以热能量交换形式由高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间

5、10-12s。 内转换内转换：同多重态电子能级中：同多重态电子能级中,不同能级间的无辐射能级交换不同能级间的无辐射能级交换 通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第一激通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子跃回第一激发单重态的最低振动能级。发单重态的最低振动能级。 外转换外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转移能量的非辐射跃迁；移能量的非辐射跃迁； 外转换使荧光或磷光减弱或外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭猝灭”。系间窜跃系间窜跃：不同多重态：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。辐射能量传递

6、过程辐射能量传递过程 S0 激发激发振动弛豫振动弛豫内转移内转移系间窜跃系间窜跃振动弛豫振动弛豫 T1 S0磷光发射磷光发射：电子由第一激发电子由第一激发三重态三重态的最低振动能级的最低振动能级基态基态 （ T1 S0跃迁跃迁）；）；电子由电子由S0进入进入T1的可能过程：的可能过程：发光速度很慢：发光速度很慢： 10-410 s ，即光照停止后，可持，即光照停止后，可持续一段时间。续一段时间。荧光发射荧光发射：第一激发第一激发单重态单重态的最低振动能级的最低振动能级基态基态 （ S1 S0跃迁跃迁） 10-710 -9s（ S0 T1禁阻跃迁）禁阻跃迁）荧光谱在荧光谱在CZTSCZTS中的应

7、用中的应用 12spatially fluctuating potentials compensation of donors and acceptors band bending a wide range of transition energies between the defects asymmetric broadening of the PL peaks broad asymmetric peaks narrow peaks K. Hones, E. Zscherpel, J. Scragg, S. Siebentritt, Physica B 404 (2009) 4949495

8、21.509, 1.496 and 1.475 eV and one broad peak at 1.33 eV14Both exponents are below k=1, which lead us to conclude that the peaks are associatedwith defect related transitions. k=0.9 and 0.6.A k value between 1 and 2 is typical of anexcitonic transition,at 1.509 eV to an excitonic transitionFor the t

9、hird peak at 1.509 eV weobserve a k value of 1.3.For the peaks at 1.475 eV (circles) and 1.496 eV (squares)KEXPLII因为因为)/(2)/(121)(tkEtkEBBeaeaBTI16 It results in a phonon temperature ofabout 120 2 K which corresponds to phonon energies of E10 meV.Can calculate an average optical phonon energy around

10、 40 meV Can extrapolate to determine a room-temperature bandgap value of 1.43 eV17 Raman and PL coexistence of kesteriteand disordered kesterite phases in CZTS二、二、defects of CZTS18 the 334.3 1/cm peak disorder kesterite the 338.6 1/cm peak kesterite the 347.4.6 1/cm peakstanite The PL spectrum consists of two bandsat 1.27 eV and 1.35 eV.Raman spectrum:The PL spectrum19the observed acceptor defect with the ionization energy around 280 meV could be CuSn , ZnSn , VZn , or VSn .20 The