基于黄酸铅配合物制备硫化铅及钙钛矿薄膜及其光电性能的研究

发布时间：2017-09-16 21:43

  本文关键词：基于黄酸铅配合物制备硫化铅及钙钛矿薄膜及其光电性能的研究

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【摘要】：随着电子器件性能的不断提高和材料应用范围的不断扩大,薄膜材料的研究获得了迅速发展,目前已成为真空、微电子和材料科学中一个最活跃的边缘学科。微结构控制对于实现以高性能的薄膜为基础的器件是至关重要的。总的来说,均质,致密,高度结晶的薄膜是必需的。本论文旨在以黄酸铅配合物为铅源,分别制备了高质量的PbS薄膜和CH_3NH_3PbI_3薄膜。首先,在传统的制备方法中,采用黄酸铅配合物热分解所形成的硫化铅(PbS)薄膜通常呈现出三维“岛”状结构,其主要原因是由于黄酸铅配合物的热分解过程中涉及复杂的晶体生长过程,容易出现非均匀成核。本论文采用自组装单分子层技术(SAM)有效解决黄酸铅配合物热分解过程中出现的非均匀成核的问题,即在原位热分解黄酸铅配合物制备PbS薄膜的过程中,利用3-巯基丙酸(MPA)修饰衬底来调控硫化铅薄膜的微观形貌和性能。本文先研究了黄酸铅前驱体的浓度和溶剂对PbS薄膜微观结构和表面形貌的影响,对制备条件进行了优化。随后,在优化的制备条件下,研究了MPA自组装单层的引入对于硫化铅薄膜晶体结构,表面形貌和光吸收特性的调控作用。结果表明,通过MPA调控制备的硫化铅薄膜具有较低的孔洞,更好的覆盖率和均匀的晶粒,更重要的是,其表现出更好的光电响应特性。其次,近年来,基于有机-无机杂化钙钛矿材料(主要为CH_3NH_3PbI_3、CH3NH3Pb3-x Clx、NH2CH=NH2PbI3,以下简称钙钛矿)为光活性层构建的太阳电池由于其集直接带隙、吸光系数高、激子束缚能低、激子和载流子扩散距离长,以及成本低、制备工艺简单、光电转换率高、易于实现大面积柔性器件等优点于一身,而成为当今新型光伏技术中一颗耀眼的新星。已有研究表明,采用不同的含铅化合物作为前驱体可以有效调控钙钛矿的成膜过程。对于高性能钙钛矿薄膜光伏器件,高质量CH_3NH_3PbI_3薄膜的制备是一大关键。本文采用黄酸铅配合物作为一种新的铅源,利用一步溶液旋涂法制备CH_3NH_3PbI_3薄膜。相比于碘化铅,其覆盖率明显提高,结晶的形式也发生改变,微观形貌明显不同,但是CH_3NH_3PbI_3薄膜中仍然包含许多小孔结构,会导致吸光度的减少同时增加漏电流的路径,从而破坏器件性能。为此,我们进一步优化制备工艺,采用一种简单的热处理方法,降低其转化速度,形成结晶度好、致密、光电性能较好的CH_3NH_3PbI_3薄膜。该工作为调控CH_3NH_3PbI_3薄膜形貌,制备高质量、重现性好的CH_3NH_3PbI_3薄膜提供了新的思路。
【关键词】：黄酸铅配合物 硫化铅薄膜 钙钛矿薄膜 光电性能
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4;TB383.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 引言9-23
• 1.1 概述9-13
• 1.1.1 薄膜的特性9-12
• 1.1.2 薄膜材料的研究现状12-13
• 1.2 硫化铅薄膜13-18
• 1.2.1 物理方法13-14
• 1.2.2 化学方法14-18
• 1.3 钙钛矿薄膜材料18-21
• 1.4 本课题的研究内容及意义21-23
• 第二章 基于自组装单分子层调控硫化铅薄膜的微观结构及性能23-40
• 2.1 引言23-25
• 2.2 实验部分25-28
• 2.2.1 实验原料25-26
• 2.2.2 硫化铅器件的制备26-28
• 2.2.3 测试及表征28
• 2.3 结果与讨论28-39
• 2.3.1 前驱体浓度和溶剂对硫化铅薄膜微观结构的影响28-34
• 2.3.2 以MPA为自组装单分子层改善PbS薄膜的微观形貌34-37
• 2.3.3 以MPA作为自组装单分子层提高PbS薄膜的性能37-39
• 2.4 结论39-40
• 第三章 基于黄酸铅配合物制备CH_3NH_3PbI_3薄膜以及光电性能的研究40-52
• 3.1 引言40-42
• 3.2 实验部分42-45
• 3.2.1 实验原料42-43
• 3.2.2 CH_3NH_3PbI_3薄膜以及器件的制备43-45
• 3.2.3 测试及表征45
• 3.3 结果与讨论45-51
• 3.3.1 黄酸铅配合物作为一种新的铅源形成CH_3NH_3PbI_3薄膜45-49
• 3.3.2 CH_3NH_3PbI_3薄膜的光学性能49
• 3.3.3 CH_3NH_3PbI_3薄膜的电学性能49-51
• 3.4 结论51-52
• 第四章 结论与展望52-54
• 4.1 结论52-53
• 4.2 展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-61
• 攻读学位期间的研究成果61

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本文编号：865598