有机-无机杂化钙钛矿材料的变温光谱特性及光电特性研究

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近几年来,有机-无机杂化钙钛矿材料由于其具备非常优良的光电特性已经掀起了研究领域的热潮,在光学以及光电子学等众多领域都存在着十分广阔的发展前景。该材料既具有有机的组分又具有无机的组分,这两种组分交替堆积的结构使得这种材料既具有有机组分优良的光电功能特性又具有无机组分的稳定性。对于有机-无机杂化钙钛矿材料的研究虽然已经取得了很大的进展,但是由于其研究时间还不长,当前还存在很多的问题需要解决。比如材料的变温光谱特性、相变行为、激子形成机制以及材料的稳定性和光电特性等问题都需要进一步的深入研究。针对以上问题本文开展的主要研究工作如下:(1)研究了基于有机-无机杂化钙钛矿材料的变温光谱特性,主要包括FAPbI3钙钛矿单晶、α-FAPbI3钙钛矿纳米棒以及FAxMA1-xPbI3(x=0.8,0.6,0.4,0.2)钙钛矿纳米晶体的变温光谱特性。采用溶液法合成了我们所需要的样品,通过加热的方法将黄色的六方相δ-FAPbI3转化为黑色的立方相α-FAPbI3钙钛矿纳米棒,合成的FAxMA1-xPbI3(x=0.8,0.6,0.4,0.2)钙钛矿纳米晶体均为黑色表明它们均为钙钛矿相的立方相结构。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末衍射仪(XRD)测量了样品的表面形态以及晶体结构,并通过低温测试系统测试了样品从10 K到室温时的变温光谱(PL),研究了其带隙变化并讨论了其相变行为。通过拟合PL积分强度得到激子结合能的能量值并分析了其激子特性。在此基础上我们还测量了FAxMA1-xPbI3(x=0.8,0.6,0.4,0.2)钙钛矿纳米晶体的吸收并对此进行了讨论。(2)我们通过旋涂成膜法制备了ITO/PEDOT:PSS/钙钛矿层/PCBM/Ag型钙钛矿太阳能电池器件,研究了FAxMA1-xPbI3(x=0.8,0.6,0.4,0.2)作为光吸收层时器件的光电特性。通过SEM和XRD系统表征了钙钛矿层的表面形貌和太阳能电池器件的各层结构以及钙钛矿层的晶体结构,并通过太阳能电池光伏测试系统(即J-V测试系统)测试了器件的光电性能参数,我们制备的以FAxMA1-xPbI3(x=0.8,0.6,0.4,0.2)为光吸收层的太阳能电池光伏器件获得了最高9.7%的光电转换效率(PCE)。以上关于有机-无机杂化钙钛矿材料变温光谱特性和器件光电性能的研究结果有助于完善半导体材料的知识体系,对钙钛矿基材料未来的发展和应用具有重要的指导意义。
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