有机-无机杂化钙钛矿的制备与性能研究
发布时间：2020-12-24 03:19
钙钛矿作为新兴的能源材料,由于其具有较高的吸光系数、高的载流子迁移率、长的载流子扩散长度以及可调节直接带隙等优点,使得其在太阳能电池、场效应晶体管、LED、光电探测器以及激光等领域具有广泛的应用前景。一般地,研究人员将某种材料能否稳定存在并被持续使用作为该材料能否被商业化应用的一个考核标准,但是由于钙钛矿材料自身的离子性质,使得其稳定性很差,其中就包括光稳定性。因此深入地探究光是如何影响钙钛矿晶体的生长及其器件性能就显得十分重要了。在本论文中,我们系统地研究了光照对钙钛矿材料的生长过程及其应用的影响,同时首次采用原位合成的方法制备出了稳定性良好的有机-无机杂化钙钛矿纤维薄膜。本论文的主要工作包括:（1）以有机-无机杂化钙钛矿单晶为研究对象,系统地探究了光照对其生长过程以及性能的影响。发现了光照会抑制钙钛矿晶体的形核,促进晶体长大的现象,同时采用光谱学和形貌学等表征手段,阐明了钙钛矿单晶在溶液中的形核-长大过程及其动力学机制,提出了“光抑制晶体形核”的理论,为钙钛矿单晶生长的研究和应用奠定了理论基础。（2）在光诱导增强钙钛矿晶体生长理论方法基础上,将光照技术应用到钙钛矿薄膜电池的制备工艺...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）南乌拉尔山脉的地貌；（b）钙钛矿矿石照片[1]
第1章绪论2表1-1钙钛矿材料发展大事件时间事件研究者1839钙钛矿CaTiO3首次被发现并进行命名Rose普鲁士[2]1851首次人工合成了CaTiO3材料Jacques-JosephEbelmen法国1898首次人工合成具有钙钛矿结构的NaNbO3化合物PerJohanHolmquist瑞典[3]1925首次详细的描述了钙钛矿的晶结构ThomasF.W.Barth挪威[4]1945BatiO3铁电四方结构的确定HelenD.Megaw(GE,英国)[5]1958发现SrTi2O7类的钙钛矿S.N.ruddlesden英国陶瓷协会1972钙钛矿结构的“八面体扭转理论”被提出A.M.(Mike)Glazer剑桥，英国1994开发有机-无机盐类型的钙钛矿用于薄膜晶体管DavidB.Mitzi及IBM，美国2006开发出钙钛矿敏化太阳能电池A.Kojima和T.Miyasaka，日本2014陨石中发现天然钙钛矿产物(Mg，Fe)SiO3Tschaumer美国1884年，钙钛矿材料首先由Topsoe,H.等人合成[6]。随后，DieterWeber于1978年首次合成了有机-无机杂化钙钛矿材料CH3NH3MX3[7,8]。1991年，DavidMitzi教授及其合作者利用一步法成功地制备出了多晶钙钛矿薄膜材料并成功将其应用于磁、光、电等领域[9]。日本的TsutomuMiyasaka教授最早于2006年首次将金属卤化物钙钛矿材料应用到染料敏化太阳能电池中并获得了2.2%的光电转化效率[10]。之后他们便致力于金属卤化物钙钛矿的电池应用，终于在2009年，他们首次成功制得了以CH3NH3PbX3（X=I-或Br-）为敏化剂的钙钛矿太阳能电池，成功地跨出了钙钛矿太阳能电池的第一步，这也为随后钙钛矿太阳能电池爆炸式的研究奠定了基础[11]。随后钙钛矿太阳能电池又经历了界面优化，材料优化等过程，最终达到了25%的光电转换效率，如图1.2所示，并且该效率已经接近其理论光电转换效率[12]。图1.2不同类型太阳能电池的光电转换效率示意图[12]。
第1章绪论4的光吸收系数越大，则材料可以吸收的光子数量就越多，就越有可能产生更高的光电流。除了增加光吸收系数之外，研究人员还成功地制备出了混合卤化物钙钛矿单晶材料，该材料在整个紫外-可见-近红外光的光谱范围内均显示出了连续可调的光吸收和光发射特性，这一特性极大地推动了钙钛矿纳米管领域的发展[21,23-26]。此外，CH3NH3PbCl3，CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbI3的荧光发射峰的位置分别为402nm、537nm和784nm处（图1.4c），均小于紫外吸收的起始位置[27,28]。目前研究人员普遍关注的一个焦点就是钙钛矿材料的直接带隙分布和间接带隙分布可能引起的材料性能差异。图1.3（a）ABX3钙钛矿晶体的结构示意图；（b）CH3NH3PbI3钙钛矿的立方、正交和四方相示意图；（c）不同卤化物钙钛矿的容忍因子；（d）钙钛矿的容忍因子从0.8转变为1时，不同位置取代基的选择[16]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高分子保护的铅卤钙钛矿纳米晶（英文）[J]. 李晓,薛振杰,罗聃,黄川辉,刘立志,乔学志,刘聪,宋倩,闫聪,李迎春,王铁. Science China Materials. 2018(03)
[2]静电纺丝法制备聚苯乙烯超疏水纤维的研究进展[J]. 刘梦姣,张才亮,冯连芳. 化工新型材料. 2014(09)
[3]大分子溶致凝聚过程中的几个分界浓度[J]. 吴其晔. 高分子通报. 2013(06)
硕士论文
[1]新型CH3NH3PbCl3及混合卤素钙钛矿光电晶体的生长与表征[D]. 王万富.南京信息工程大学 2018
[2]基于电射流不稳定性的聚苯乙烯材料制备及超疏水性研究[D]. 范刚.浙江大学 2017
[3]阴离子表面活性剂体系中超疏水聚苯胺复合材料的制备与性能研究[D]. 夏冬祥.扬州大学 2010
本文编号：2934877
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）南乌拉尔山脉的地貌；（b）钙钛矿矿石照片[1]
第1章绪论2表1-1钙钛矿材料发展大事件时间事件研究者1839钙钛矿CaTiO3首次被发现并进行命名Rose普鲁士[2]1851首次人工合成了CaTiO3材料Jacques-JosephEbelmen法国1898首次人工合成具有钙钛矿结构的NaNbO3化合物PerJohanHolmquist瑞典[3]1925首次详细的描述了钙钛矿的晶结构ThomasF.W.Barth挪威[4]1945BatiO3铁电四方结构的确定HelenD.Megaw(GE,英国)[5]1958发现SrTi2O7类的钙钛矿S.N.ruddlesden英国陶瓷协会1972钙钛矿结构的“八面体扭转理论”被提出A.M.(Mike)Glazer剑桥，英国1994开发有机-无机盐类型的钙钛矿用于薄膜晶体管DavidB.Mitzi及IBM，美国2006开发出钙钛矿敏化太阳能电池A.Kojima和T.Miyasaka，日本2014陨石中发现天然钙钛矿产物(Mg，Fe)SiO3Tschaumer美国1884年，钙钛矿材料首先由Topsoe,H.等人合成[6]。随后，DieterWeber于1978年首次合成了有机-无机杂化钙钛矿材料CH3NH3MX3[7,8]。1991年，DavidMitzi教授及其合作者利用一步法成功地制备出了多晶钙钛矿薄膜材料并成功将其应用于磁、光、电等领域[9]。日本的TsutomuMiyasaka教授最早于2006年首次将金属卤化物钙钛矿材料应用到染料敏化太阳能电池中并获得了2.2%的光电转化效率[10]。之后他们便致力于金属卤化物钙钛矿的电池应用，终于在2009年，他们首次成功制得了以CH3NH3PbX3（X=I-或Br-）为敏化剂的钙钛矿太阳能电池，成功地跨出了钙钛矿太阳能电池的第一步，这也为随后钙钛矿太阳能电池爆炸式的研究奠定了基础[11]。随后钙钛矿太阳能电池又经历了界面优化，材料优化等过程，最终达到了25%的光电转换效率，如图1.2所示，并且该效率已经接近其理论光电转换效率[12]。图1.2不同类型太阳能电池的光电转换效率示意图[12]。
第1章绪论4的光吸收系数越大，则材料可以吸收的光子数量就越多，就越有可能产生更高的光电流。除了增加光吸收系数之外，研究人员还成功地制备出了混合卤化物钙钛矿单晶材料，该材料在整个紫外-可见-近红外光的光谱范围内均显示出了连续可调的光吸收和光发射特性，这一特性极大地推动了钙钛矿纳米管领域的发展[21,23-26]。此外，CH3NH3PbCl3，CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbI3的荧光发射峰的位置分别为402nm、537nm和784nm处（图1.4c），均小于紫外吸收的起始位置[27,28]。目前研究人员普遍关注的一个焦点就是钙钛矿材料的直接带隙分布和间接带隙分布可能引起的材料性能差异。图1.3（a）ABX3钙钛矿晶体的结构示意图；（b）CH3NH3PbI3钙钛矿的立方、正交和四方相示意图；（c）不同卤化物钙钛矿的容忍因子；（d）钙钛矿的容忍因子从0.8转变为1时，不同位置取代基的选择[16]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高分子保护的铅卤钙钛矿纳米晶（英文）[J]. 李晓,薛振杰,罗聃,黄川辉,刘立志,乔学志,刘聪,宋倩,闫聪,李迎春,王铁. Science China Materials. 2018(03)
[2]静电纺丝法制备聚苯乙烯超疏水纤维的研究进展[J]. 刘梦姣,张才亮,冯连芳. 化工新型材料. 2014(09)
[3]大分子溶致凝聚过程中的几个分界浓度[J]. 吴其晔. 高分子通报. 2013(06)
硕士论文
[1]新型CH3NH3PbCl3及混合卤素钙钛矿光电晶体的生长与表征[D]. 王万富.南京信息工程大学 2018
[2]基于电射流不稳定性的聚苯乙烯材料制备及超疏水性研究[D]. 范刚.浙江大学 2017
[3]阴离子表面活性剂体系中超疏水聚苯胺复合材料的制备与性能研究[D]. 夏冬祥.扬州大学 2010
本文编号：2934877
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