二维金属卤化物钙钛矿薄膜制备与光学特性研究
发布时间：2021-10-17 15:04
二维金属卤化物钙钛矿是指具备（RNH3）2（CH3NH3）n-1AnX3n+1结构式的统称,其中n（整数）为两层有机链之间的金属阳离子层数,当n=1时为标准二维钙钛矿结构,n=2,3,…为准-二维钙钛矿。钙钛矿作为新一代半导体材料,与传统半导体相比,它可以实现可见光（400-800 nm）范围内波长可调节性,改变钙钛矿的维度可以相应的改变它的量子限域效应,从高维度降低到低维度可以明显增加钙钛矿材料的激子结合能,同时,钙钛矿材料也具有非线性效应等。近年来钙钛矿材料的应用涉及到钙钛矿太阳能电池、发光二极管、场效应晶体管、玻色-爱因斯坦凝聚、光催化等各个领域。与三维钙钛矿材料相比,由于有机和无机层之间大的介电常数,二维层状钙钛矿具有自然形成的量子阱结构,它的激子结合能也相当大,通常在几百meV左右。因此,研究二维钙钛矿材料的光与物质相互作用性质,对研发高性能、普适性的光电器件具有重要意义。本文首先介绍了钙钛矿的结构分类、特性及钙钛矿器件;其...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AMX3-型钙钛矿结构[1]
山东师范大学硕士学位毕业论文2图1-2.(a)CH3NH3PbI3[3],(b)(CH3NH3)2PbI4[4],(c)(C10H21NH3)PbI4[5],和(d)(CH3NH3)4PbI6·2H2O[6],它们分别对应3D,2D,1D和0D网络。图1-3.不同维度(0D-3D)钙钛矿结构示意图[7]。上面我们已经解释形成钙钛矿的八面体可以形成3D,2D,1D和0D网络结构，并且它们还具有相同的结构单元。对于金属卤化物钙钛矿而言，材料的组成成分，晶格及形貌可以通过控制生长条件来实现。合成不同维度的钙钛矿材料具有不同方面的用途，例如，对于0D钙钛矿量子点(Quantumdots,QDs)来说可以将量子点作为增益介质使其与光子晶体进行耦合，可得到的不同寻常的光学性质；对于1D钙钛矿纳米线(Nanowires,NWs)来说，当激光打在钙钛矿NWs的一端时在NWs的另一端由于波导效应产生不同的光学特性；对于2D钙
山东师范大学硕士学位论文3钛矿薄膜来说，由于上下两个光滑面之间可以看作反射镜，所以在它的上下表面可以形成F-P腔，光子在F-P腔中来回振荡，当满足驻波条件时，这个模式会被放大，其它模式被抑制[8-10]。然而，对于有机-无机杂化的2D钙钛矿来说，它的通用方程一般写成(RNH3)2(CH3NH3)n-1AnX3n+1的形式,这里R是一个烷基或芳香基，A是金属阳离子，X是一个卤素元素。变量n(整数)表明两层有机链之间的金属阳离子层数[4,11-16]。在极端情况下，当n=∞时，此时的结构变为3D束缚钙钛矿结构(例如CaTiO3)。与之对立的另一种极端情况，即n=1时,此时的结构变为一个理想的量子阱结构，由于被有机链分开，它只有一个AX42原子层，相邻层之间由范德瓦尔斯力使之相连。通过改变n的值，可以实现钙钛矿从2D到3D结构的演化，如图1-4，也可以调节量子阱的厚度和相关的光电特性。我们把不同n值的钙钛矿称为准2DRuddlesden–PopperPerovskite(RPP)。图1-4.从2D钙钛矿到3D钙钛矿结构的演化[17]。在有机-无机杂化钙钛矿的物理特性上，由于电子的能级结构主要是由无机部分的外轨道电子杂化形成，所以杂化钙钛矿的激子束缚能会随着材料的结构维度的增加而迅速减校我们可以通过改变制备钙钛矿材料的前驱体浓度、配比、合成方法等对钙钛矿的尺寸和形貌进行调控，从而改变钙钛矿的物理和化学性质。由于钙钛矿具备这种可调的灵活性，卤化物钙钛矿材料具有不同的光电响应特征，因此，可以有不同的应用。1.2金属卤化物钙钛矿的性能及其应用1.2.1金属卤化物钙钛矿的光学性质作为新一代半导体材料，与传统半导体相比，金属卤化物钙钛矿具有其优秀的性能，
本文编号：3441962
【文章来源】：山东师范大学山东省
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AMX3-型钙钛矿结构[1]
山东师范大学硕士学位毕业论文2图1-2.(a)CH3NH3PbI3[3],(b)(CH3NH3)2PbI4[4],(c)(C10H21NH3)PbI4[5],和(d)(CH3NH3)4PbI6·2H2O[6],它们分别对应3D,2D,1D和0D网络。图1-3.不同维度(0D-3D)钙钛矿结构示意图[7]。上面我们已经解释形成钙钛矿的八面体可以形成3D,2D,1D和0D网络结构，并且它们还具有相同的结构单元。对于金属卤化物钙钛矿而言，材料的组成成分，晶格及形貌可以通过控制生长条件来实现。合成不同维度的钙钛矿材料具有不同方面的用途，例如，对于0D钙钛矿量子点(Quantumdots,QDs)来说可以将量子点作为增益介质使其与光子晶体进行耦合，可得到的不同寻常的光学性质；对于1D钙钛矿纳米线(Nanowires,NWs)来说，当激光打在钙钛矿NWs的一端时在NWs的另一端由于波导效应产生不同的光学特性；对于2D钙
山东师范大学硕士学位论文3钛矿薄膜来说，由于上下两个光滑面之间可以看作反射镜，所以在它的上下表面可以形成F-P腔，光子在F-P腔中来回振荡，当满足驻波条件时，这个模式会被放大，其它模式被抑制[8-10]。然而，对于有机-无机杂化的2D钙钛矿来说，它的通用方程一般写成(RNH3)2(CH3NH3)n-1AnX3n+1的形式,这里R是一个烷基或芳香基，A是金属阳离子，X是一个卤素元素。变量n(整数)表明两层有机链之间的金属阳离子层数[4,11-16]。在极端情况下，当n=∞时，此时的结构变为3D束缚钙钛矿结构(例如CaTiO3)。与之对立的另一种极端情况，即n=1时,此时的结构变为一个理想的量子阱结构，由于被有机链分开，它只有一个AX42原子层，相邻层之间由范德瓦尔斯力使之相连。通过改变n的值，可以实现钙钛矿从2D到3D结构的演化，如图1-4，也可以调节量子阱的厚度和相关的光电特性。我们把不同n值的钙钛矿称为准2DRuddlesden–PopperPerovskite(RPP)。图1-4.从2D钙钛矿到3D钙钛矿结构的演化[17]。在有机-无机杂化钙钛矿的物理特性上，由于电子的能级结构主要是由无机部分的外轨道电子杂化形成，所以杂化钙钛矿的激子束缚能会随着材料的结构维度的增加而迅速减校我们可以通过改变制备钙钛矿材料的前驱体浓度、配比、合成方法等对钙钛矿的尺寸和形貌进行调控，从而改变钙钛矿的物理和化学性质。由于钙钛矿具备这种可调的灵活性，卤化物钙钛矿材料具有不同的光电响应特征，因此，可以有不同的应用。1.2金属卤化物钙钛矿的性能及其应用1.2.1金属卤化物钙钛矿的光学性质作为新一代半导体材料，与传统半导体相比，金属卤化物钙钛矿具有其优秀的性能，
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