低维卤化物钙钛矿的合成与表征

发布时间：2020-11-12 18:38

　　 随着化石燃料的日益消耗以及环境污染的问题愈发严重,人们迫切需要开发可持续发展的清洁能源。太阳光作为一种容易获得的清洁能源自然获得了人们的青睐,人们利用各种半导体光电材料,充分利用太阳能。有机无机杂化钙钛矿由于其优异的光电性能,近年来吸引了越来越多人的关注,特别是基于MAPbI_3/FAPbI_3的太阳能电池已经取得了媲美商业用硅太阳能电池的效率。然而铅的毒性以及钙钛矿的水氧稳定性一直是困扰钙钛矿太阳能电池的商业应用的问题。寻找具有高效稳定的无铅钙钛矿材料成了人们亟待解决的问题。铋作为铅在元素周期表中相邻元素,可视作代替铅的有效材料之一,然而相关铋基钙钛矿电池的研究都取得了较低的电池效率,铋基钙钛矿相关的光电性能探究还十分有限。有机无机钙钛矿由于引入了有机组分,导致其成分具有更多的选择性。通过选择各种其他的胺形成的铅卤钙钛矿也有了很多的应用,然而相关有机无机铋卤钙钛矿的研究还十分有限,相关研究主要集中在MA_3Bi_2I_9薄膜钙钛矿电池上。本实验用简单有效的合成策略制备了低维钙钛矿的纳米线,探究了纳米线的扫描电子显微形貌特征,透射电子显微形貌特征,x射线衍射特征,紫外吸收特征,以及光致发光特征。本实验尝试将铋基钙钛矿的应用拓展到低维纳米材料以及单晶上。在这里,本实验通过引入一些新的胺基团,例如苯乙胺,三乙胺等,合成了相应的钙钛矿材料。通过引入配体调控形貌我们制备了低维的(PEA)_3Bi_2I_9的纳米材料,同时表征了这些的材料的光电性能,并通过引入不同的配体成功的调控它们的形貌制备了相关光电器件。此外,本实验还通过一些简单的方法制备并表征了高质量的铋基钙钛矿单晶(C_6H_(15)N)_3Bi_2I_9。通过在材料合成方向上的有益探索,为新的铋基钙钛矿材料的发现和探索提供了启发。本文讨论了长有机阳离子的意义及其对结构的影响,以及二维钙钛矿的光学和物理性质,并且也探索了使用这些材料可以实现在光电方面的应用。最后,探究了配体对材料形貌的影响过程。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.1;TM914.4
【部分图文】：

图 1-3 钙钛矿的八面体簇，八面体片及八面体链低维钙钛矿及其衍生物是由角、边、面共享的 BX6八面体构成的。二维层状钙钛矿可以被想象为沿着不同平面方向从 3D 钙钛矿的立方网络切割 BX6八面体所形成的层状结构，包括<100>，<110>和<111>取向。由于选择的 A 位有机阳离子的空间效应高度影响二维钙钛矿的变形，这些层状无机骨架可以从<110>或<111>取向进一步分离成一维链状或者零维孤立八面体簇。传统的形态学一维钙钛矿也被称为具有纳米尺度的钙钛矿纳米线，其中 BX6八面体单元通过角共享相互作用而具有强相互作用，形成三维框架[8]。相比之下，分子尺度一维钙钛矿是由 BX6八面体链状链段构成的，这些链状空间被周围庞大的有机阳离子空间隔离。由于 BX6八面体单元的不同连接性，与形态钙钛矿纳米线相比，分子一维钙钛矿表现出完全不同的光电性质。虽然低维钙钛矿中有机阳离子的长度没有受到限制，随钙钛矿中有机铵离子碳链的延长，更有利于低维数钙钛矿的形成。但是大的有机阳离子会导致层状结构的崩坏，进而形成零维的钙钛矿。在使用一价有机阳离子和卤化物阴离子的同时，可以得到使用二价金属阳离子充当 B 位，包括 Pb2+，Sn2+，Ge2+，Cu2+，Fe2 +，Mn2+，Eu2+和 Yb2+等等。此外，这种价态平衡规则可以通过使用三价 B位阳离子来延伸，形成高度扭曲的 BX6八面体与一般化学式为 A3B2X9（B=Bi3+，

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文电池的稳定性提供了有希望的解决方案的已经被广泛用来当作光吸收材料来研到了超过 1.09%的效率[24]，以及真空沉了 1.64%的效率[25]，其他报道的效率仅有维度和电子维度导致了载流子传输效率有[Bi2I9]3-阴离子簇的铋基钙钛矿都属于过角共享的八面体单元连接成连续的晶个孤立的离子簇，这样影响了其载流子传但是这种 Bi 基钙钛矿相对立方相的 Pb 基索环境友好的稳定的新型铋基钙钛矿材

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文这已被证明是二价锡基钙钛矿的实际在环境条件下的稳定性差，因此具有的另一潜在候选者。铋基钙钛矿在了 1.09％的电池效率[24]。 受铋基钙铅钙钛矿太阳能电池的潜在候选者结钙钛矿太阳能电池的效率达到了 ，具有二维晶体结构的（NH4）3Sb2I9薄 的开压[44]。图 1-5 展现了这种无铅太和锑的无铅钙钛矿太阳能电池可以仍然是未来需要解决问题。较低的受其固有特性的限制，例如高激子结阳能电池中效率较低，它们仍然被希
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本文编号：2881093