混合卤素钙钛矿相分离研究

发布时间：2020-03-23 11:32

【摘要】：有机-无机杂化钙钛矿如MAPb(BrxI1-x)3(MA=CH3NH3+)是一种新型的直接带隙光电半导体材料,在光电转换方面取得了巨大的成就。作为新一代光电材料,其具有宽吸收谱、高吸收系数、高载迁移率,及带隙可调等特点,使得MAPb(BrxI1-x-3系统是串联太阳电池的理想候选材料之一。此外,基于钙钛矿制备的发光二极管具有高亮度、色度纯度高、稳定性强、高透明度、发射波长可调以及与透明基底兼容性好等特点,因此,钙钛矿材料也被认为会引起下一代显示材料的革命。然而,在光场或者电场作用下MAPb(BrxI1-x)3系统表现出了不稳定的缺点,容易形成富碘、富溴区域,形成相分离,导致钙钛矿基太阳电池较低的开路电压,发光二极管的发射波长被钉扎在富碘特征区域,即红外区域,使其失去可调性。本文将详细介绍混合卤素钙钛矿相分离的起源,以及已有的有效抑制相分离的方法,在此基础上提出两种有效抑制相分离的方法:1.引入有机胺长链(正丁胺,n-Butylamine,BA)利用正丁胺长链的自组装效应,可以有效地将钙钛矿晶粒很好的隔离起来从而形成纳米尺寸的准二维钙钛矿,从而有效地抑制混合卤素钙钛矿系统的相分离。基于此基础,我们制备出了稳定高效、发射波长可调的钙钛矿发光二极管。2.利用氧离子钝化卤素离子的空位在光照条件下,氧气会加速渗入钙钛矿薄膜中,理论计算表明氧离子有非常高的概率占据卤素离子空位,从而减少卤素离子移动的通道达到抑制相分离的效果。
【图文】：

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逦第１章绪论逦逡逑刚性球体处理并考虑到紧密堆积配置产生Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ容忍度因子概念，即逡逑（＾邋＋心）＝＋邋／＾），其中，是公差因子和凡0办和办是相应离子的离逡逑子半径％］。离子半径的容忍因子对预测新的钙钛矿结构是有帮助的，典型的三逡逑维钙钛矿的容忍因子在１．０之间［２５］。逡逑就有机－无机杂化钙钛矿而言，“Ａ”位一般被尺寸较小的有机阳离子占据逡逑（例如，ＣＨ３ＮＨ３＋、ＣＨ３（ＮＨ２）２＋和Ｃｓ＋），“Ｂ”位则被二价金属离子占据（例如，逡逑Ｐｂ２＋，Ｓｎ２＋，Ｇｅ２＋），“Ｘ”位则是卤素离子（例如，ｒ，Ｂｒ，ｃｒ）。钙钛矿的带隙可以逡逑通过改变三种阳离子和阴离子的组分来调整［２６］。一般而言，改变“Ａ”位离子逡逑会改变“Ｂ－Ｘ”化学键，导致晶格的扩大或缩小。典型的“Ａ”位离子如Ｃｓ＋，逡逑甲基铵（ＭＡ＋）或甲脒（ＦＡ＋）可与Ｐｂｌ６ｇ构形成３Ｄ框架，其中有效离子半径（ｉ？）逡逑遵循如＜尺吻＜／＾的趋势。“Ａ”位离子半径的增加会导致晶格膨胀，，也会同时逡逑导致带隙的减小ｔ２７］。当“Ｘ”位卤素的尺寸增大时，Ｐｂ基钙钛矿在吸收光谱中逡逑产生红移（图１．１邋（ｂ＆ｃ）），这是由于卤素原子电负性的共价特性增加所致。因此，逡逑可以通过调整“Ｘ”位的比例来达到调整带隙的目的［２８］。逡逑（逦）？ｂＡ邋＞ｕｌｅ邋ｓｔａｒｔｉｎＣｓＰｂＸ

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和离子移动［３４】，而不是由于其铁电性［３５］。研究表明，正式结构器件中，在钙钛逡逑矿与ＦＴＯ邋（掺杂氟的Ｓｎ０２透明导电玻璃）电极层引入一层Ｔｉ０２介孔薄膜（约１５逡逑ｎｍ）可以很好的缓解迟滞效应如图１．２（ａ）。这种介孔薄层可以提高有效接触逡逑面积，有利于电荷的提取，并使该区域内部的钙钛矿产生电子积累，其作用于逡逑该界面处的电子陷阱位点并抑制负离子电荷的积累。逡逑硅基／铜晒化合物基和钙钛矿组成的多结混合太阳能电池是一种可以提供更逡逑高效率、低成本解决能源短缺的方案，这种技术与当今技术相比还是非常有优逡逑势的［３７＿３８］。在这里我们讨论钙钛矿型太阳能电池的应用，以及超越硅基电池的逡逑可行性。逡逑（ａ）逡逑【（ｂｌＡｎｐ－ＴｉＯｐ逡逑Ｓ００邋ｎｒｒ，邋Ｉ逡逑（ｂ）逦（ｃ）逦逦逡逑ＱＬ＿：Ｉ＿ｌ逡逑图１．邋２邋（ａ）含ＴｉＣｂ薄层钙钛矿ＳＥＭ图（ｂ）半透明钙钛矿薄膜逡逑［３９］；邋（ｃ）可变色钙钛矿薄膜［４（＞］。逡逑硅基太阳能电池具有易脆易碎的缺点，因此在柔性领域以及半透明应用方逡逑面可以说硅基太阳能电池存在致命的缺陷。相比之下，钙钛矿太阳能电池可以逡逑通过溶液或者气相等方法在各种衬底上进行加工，非常具有灵活性。因其轻便、逡逑灵活等特性
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ028;TN304

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