钙钛矿卤化物材料制备与光电性能研究
发布时间：2023-02-13 18:24
因其优异的物理性质,如:直接带隙、带隙可调、载流子寿命长、缺陷容忍度高、载流子迁移率高等,有机无机杂化钙钛矿体系材料在太阳能电池(PSCs)、发光二极管(PeLED)等领域具有广泛的应用前景。目前,在PSCs领域,平面层结构钙钛矿光电器件中的金属电极向钙钛矿层中扩散并损伤薄膜结构降低器件稳定性。在PeLED领域,无机卤化物在有机溶剂中的溶解度有限,增大了器件的制备难度;同时柔性PeLED器件的发光效率有待提高。针对以上问题,本论文从材料制备和器件结构优化等角度入手,提升钙钛矿光电器件的光电性能。本论文主要的研究内容分为三方面:(1).在反式结构PSCs中,引入超薄金属钛(Ti)层取代有机电子传输层制备高效PSCs。X射线光电子能谱(XPS)和X射线吸收近边结构(XANES)分析表明:钙钛矿和Ti层界面处的Ti原子和钙钛矿中氮(N)原子形成Ti-N键层。这将固定钙钛矿层界面的甲胺基团(MA+)并维持界面稳定。同时,低扩散的Ti层作为元素阻挡层将阻碍金属原子向钙钛矿层扩散。光伏性能测试表明,使用Ti(1Onm)作为电子传输层的PSCs器件最高光电转换效率(PCE)可达到18.1%。(2)....
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 钙钛矿光电器件的研究背景、发展
1.2.1 钙钛矿太阳能电池
1.2.2 钙钛矿发光二极管
1.3 钙钛矿材料的种类和性质
1.4 钙钛矿光电器件的原理和性能参数
1.4.1 钙钛矿太阳能电池
1.4.2 钙钛矿LED
1.5 钙钛矿光电器件结构
1.6 钙钛矿光电器件的制备工艺
1.6.1 一步旋涂法
1.6.2 两步旋涂法
1.6.3 气相沉积法
1.6.4 刮涂法
1.7 其他钙钛矿光电器件
1.7.1 钙钛矿光探测器
1.7.2 钙钛矿激光器
1.7.3 钙钛矿光信息存储
1.7.4 钙钛矿闪烁体
1.8 本文的主要研究内容
第2章 实验仪器、蒸镀和表征设备
2.1 实验仪器
2.2 蒸镀设备
2.2.1 电子束蒸发系统
2.2.2 热蒸发系统
2.3 表征测试设备
2.3.1 X射线衍射仪
2.3.2 扫描电子显微镜
2.3.3 紫外可见分光光度计
2.3.4 稳态瞬态荧光光谱仪
2.3.5 原子力显微镜
2.3.6 透射电子显微镜
2.3.7 X射线光电子能谱
2.3.8 X射线吸收近边结构
2.3.9 阻抗谱
2.3.10 积分电流测试
2.3.11 太阳能电池J-V测试
2.3.12 发光二极管EQE测试
第3章 插入钛层制备高效钙钛矿太阳能电池
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料和试剂
3.2.2 MAI的合成
3.2.3 ITO的刻蚀
3.2.4 溶液的配制
3.2.5 钙钛矿薄膜的制备
3.2.6 钙钛矿太阳能电池的制备
3.3 结果与分析
3.3.1 器件结构和形貌表征与分析
3.3.2 Ti-N键形成的机理解释
3.3.3 钛插入层抑制阴极金属扩散
3.3.4 钙钛矿器件的电学测试与分析
3.3.5 钙钛矿器件的稳定性测试
3.4 本章小结
第4章 双源共蒸制备绿光钙钛矿发光二极管
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料和试剂
4.2.2 MABr与PMABr的合成和提纯
4.2.3 溴钙钛矿溶液的配制
4.2.4 空穴传输层和钙钛矿层的旋涂
4.2.5 溴钙钛矿发光层的蒸镀制备
4.3 MAPbBr3薄膜物相调控和分析
4.3.1 MABr蒸发速度对钙钛矿组分的影响
4.3.2 研究退火条件对钙钛矿组分的影响
4.4 甲胺铅溴LED的发光效率调控和优化
4.4.1 衬底加热对器件效率的影响
4.4.2 MABr蒸发速度对器件效率的影响
4.4.3 研究退火条件对器件效率的影响
4.4.4 长链基团对器件效率影响的研究
4.4.5 衬底修饰对器件效率影响的研究
4.4.6 结论
4.5 全无机PeLED器件的制备和优化
4.5.1 研究CsBr含量对薄膜结构的影响
4.5.2 CsBr含量对器件效率的影响
4.5.3 空穴注入层对器件效率的影响
4.5.4 研究PbBr2厚度的影响
4.5.5 研究后退火条件的影响
4.5.6 蒸镀CsCl优化器件效率的研究
4.5.7 旋涂PMABr优化器件效率的研究
4.5.8 结论
4.6 本章小结
第5章 柔性FA0.83Cs0.17Pb(I0.9Br0.1)3LED的制备
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料和试剂
5.2.2 FPMAI的合成和提纯
5.2.3 溶液的配制
5.2.4 多层膜的旋涂工艺
5.3 结果与分析
5.3.1 FET层的优化
5.3.2 长链基团组分调控的研究
5.3.3 退火条件的优化
5.3.4 不同衬底的器件效率变化的研究
5.3.5 柔性衬底的光学性质影响
5.3.6 柔性器件弯折测试的研究
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3742078
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 钙钛矿光电器件的研究背景、发展
1.2.1 钙钛矿太阳能电池
1.2.2 钙钛矿发光二极管
1.3 钙钛矿材料的种类和性质
1.4 钙钛矿光电器件的原理和性能参数
1.4.1 钙钛矿太阳能电池
1.4.2 钙钛矿LED
1.5 钙钛矿光电器件结构
1.6 钙钛矿光电器件的制备工艺
1.6.1 一步旋涂法
1.6.2 两步旋涂法
1.6.3 气相沉积法
1.6.4 刮涂法
1.7 其他钙钛矿光电器件
1.7.1 钙钛矿光探测器
1.7.2 钙钛矿激光器
1.7.3 钙钛矿光信息存储
1.7.4 钙钛矿闪烁体
1.8 本文的主要研究内容
第2章 实验仪器、蒸镀和表征设备
2.1 实验仪器
2.2 蒸镀设备
2.2.1 电子束蒸发系统
2.2.2 热蒸发系统
2.3 表征测试设备
2.3.1 X射线衍射仪
2.3.2 扫描电子显微镜
2.3.3 紫外可见分光光度计
2.3.4 稳态瞬态荧光光谱仪
2.3.5 原子力显微镜
2.3.6 透射电子显微镜
2.3.7 X射线光电子能谱
2.3.8 X射线吸收近边结构
2.3.9 阻抗谱
2.3.10 积分电流测试
2.3.11 太阳能电池J-V测试
2.3.12 发光二极管EQE测试
第3章 插入钛层制备高效钙钛矿太阳能电池
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料和试剂
3.2.2 MAI的合成
3.2.3 ITO的刻蚀
3.2.4 溶液的配制
3.2.5 钙钛矿薄膜的制备
3.2.6 钙钛矿太阳能电池的制备
3.3 结果与分析
3.3.1 器件结构和形貌表征与分析
3.3.2 Ti-N键形成的机理解释
3.3.3 钛插入层抑制阴极金属扩散
3.3.4 钙钛矿器件的电学测试与分析
3.3.5 钙钛矿器件的稳定性测试
3.4 本章小结
第4章 双源共蒸制备绿光钙钛矿发光二极管
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料和试剂
4.2.2 MABr与PMABr的合成和提纯
4.2.3 溴钙钛矿溶液的配制
4.2.4 空穴传输层和钙钛矿层的旋涂
4.2.5 溴钙钛矿发光层的蒸镀制备
4.3 MAPbBr3薄膜物相调控和分析
4.3.1 MABr蒸发速度对钙钛矿组分的影响
4.3.2 研究退火条件对钙钛矿组分的影响
4.4 甲胺铅溴LED的发光效率调控和优化
4.4.1 衬底加热对器件效率的影响
4.4.2 MABr蒸发速度对器件效率的影响
4.4.3 研究退火条件对器件效率的影响
4.4.4 长链基团对器件效率影响的研究
4.4.5 衬底修饰对器件效率影响的研究
4.4.6 结论
4.5 全无机PeLED器件的制备和优化
4.5.1 研究CsBr含量对薄膜结构的影响
4.5.2 CsBr含量对器件效率的影响
4.5.3 空穴注入层对器件效率的影响
4.5.4 研究PbBr2厚度的影响
4.5.5 研究后退火条件的影响
4.5.6 蒸镀CsCl优化器件效率的研究
4.5.7 旋涂PMABr优化器件效率的研究
4.5.8 结论
4.6 本章小结
第5章 柔性FA0.83Cs0.17Pb(I0.9Br0.1)3LED的制备
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料和试剂
5.2.2 FPMAI的合成和提纯
5.2.3 溶液的配制
5.2.4 多层膜的旋涂工艺
5.3 结果与分析
5.3.1 FET层的优化
5.3.2 长链基团组分调控的研究
5.3.3 退火条件的优化
5.3.4 不同衬底的器件效率变化的研究
5.3.5 柔性衬底的光学性质影响
5.3.6 柔性器件弯折测试的研究
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3742078
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