【摘 要】
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全无机钙钛矿CsPbCl3由于其大的禁带宽度和稳定的化学性质,在近紫外区域展示了良好的应用前景。由于Cs Cl在有机溶剂中的溶解度极低,致使前驱体材料的实际配比不足,反应不够充分。因此,几乎所有直接溶液法制备的CsPbCl3光电器件都基于CsPbCl3纳米晶。然而,制备CsPbCl3纳米晶时由于长链封端配体与无机表面之间化学键的活性,导致纳米晶固有的动态化学不稳定。鉴于此,本文通过离子交换的方法(
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全无机钙钛矿CsPbCl3由于其大的禁带宽度和稳定的化学性质,在近紫外区域展示了良好的应用前景。由于Cs Cl在有机溶剂中的溶解度极低,致使前驱体材料的实际配比不足,反应不够充分。因此,几乎所有直接溶液法制备的CsPbCl3光电器件都基于CsPbCl3纳米晶。然而,制备CsPbCl3纳米晶时由于长链封端配体与无机表面之间化学键的活性,导致纳米晶固有的动态化学不稳定。鉴于此,本文通过离子交换的方法(A位替代、X位替代)成功制备了高质量的Cl基钙钛矿薄膜,获得了高性能的、高稳定性的自驱动光电探测器(PD)。第一部分,采用MAPbCl3作为前驱体溶液制备高质量的MAPbCl3微米晶薄膜,然后在MAPbCl3微米晶薄膜表面多次旋涂醋酸铯(Cs Ac)溶液,并退火获得高质量的CsPbCl3微米晶薄膜。通过优化旋涂次数,经过4次旋涂Cs Ac的样品能够完全转化为CsPbCl3且具有最优的器件性能。在此基础上,通过压力辅助退火策略对微米晶薄膜质量进行改善,相应的光电探测器的暗电流显著下降。最终,优化后的CsPbCl3 PDs的开关比为6×10~4,响应度为0.13 A/W,探测度达到了1.07×1012 Jones,上升/下降时间为10/24μs。此外,未封装PDs显示出良好的光照稳定性和存放稳定性。第二部分,通过溶液法和卤化物交换相结合的方法制备CsPbClxBr3-x纳米线(NWs)。调控卤化物交换的反应时间,通过对比不同反应时间钙钛矿薄膜的表面形貌以及光电探测器的性能,得出反应1 min的CsPbBr2.25Cl0.75纳米线薄膜PD表现出最优的光电性能,并展示出较高的自驱动性能。器件的开路电压、开关比、响应度、探测度分别达到了1.1V、2×10~6、0.31 A/W、2.87×1012 Jones,线性动态范围达到了130 d B。第三部分,在前一个工作的基础上,延长浸泡氯化铯溶液的时间,纳米线完全断裂,转变为微米晶晶粒,通过调控反应的时间,得到了晶粒致密、分布均匀、单层的微米晶膜,优化了微米晶薄膜的质量,减小了薄膜的厚度,成功制备出了基于单层CsPbBr0.75Cl2.25微米晶薄膜的垂直结构自驱动光电探测器。最终,器件的开路电压达到了1.6 V,响应度为0.23 A/W,探测度为1.38×1012 Jones,线性动态范围达到了120 d B。此外,没有封装的微米晶器件在40 min的持续光照下,器件性能没有明显的衰减。本文的工作为高性能的Cl基钙钛矿探测器的制备提供了一种选择。
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