【摘 要】
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钙钛矿材料由于具有高的吸收系数和载流子迁移率、较长的载流子扩散距离、较低的缺陷态密度、可调的发光波长等特点,成为近年来半导体光电材料领域中的“超级明星”。钙钛矿材料的应用方向从太阳能电池延伸到了光探测器(PD)、发光二极管(LED)、激光器(LD)等各种光电器件并取得了突破性的进展。目前,有机无机杂化钙钛矿、全无机钙钛矿薄膜材料主要采用溶液法制备,容易出现结构缺陷以及薄膜不均匀等问题,这限制了钙钛
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钙钛矿材料由于具有高的吸收系数和载流子迁移率、较长的载流子扩散距离、较低的缺陷态密度、可调的发光波长等特点,成为近年来半导体光电材料领域中的“超级明星”。钙钛矿材料的应用方向从太阳能电池延伸到了光探测器(PD)、发光二极管(LED)、激光器(LD)等各种光电器件并取得了突破性的进展。目前,有机无机杂化钙钛矿、全无机钙钛矿薄膜材料主要采用溶液法制备,容易出现结构缺陷以及薄膜不均匀等问题,这限制了钙钛矿薄膜在光电器件中的应用。本研究针对高质量钙钛矿薄膜生长问题,利用脉冲激光沉积(PLD)、真空蒸发、高压激光溅射等真空物理技术,开展了全无机钙钛矿材料Cs-X-I(X=Pb,Cu)材料的制备工艺研究。实验中通过精确调节生长参数,有效降低了材料的缺陷密度,实现了高质量Cs-X-I(X=Pb,Cu)钙钛矿材料的可控生长。在此基础上,研究了Cs-X-I(X=Pb,Cu)钙钛矿材料在光电器件中的应用。本研究不但为高质量钙钛矿材料的真空制备提供理论基础及技术支持,而且为钙钛矿光电器件的应用提供了可行的技术途径。本文的主要工作包括以下几部分:1.PLD制备高质量CsPbI3薄膜。该工作利用PLD技术制备了CsPbI3薄膜,并通过扫描电镜(SEM),X-射线衍射仪(XRD)以及光致发光(PL)等表征手段,分别研究了CsPbI3薄膜形貌结构,物相以及光学特性。结果表明,PLD制备的CsPbI3的薄膜呈现γ相,薄膜结晶质量良好、致密且无明显的孔洞。此外,设计并制备了CsPbI3/n-Si异质结器件,研究了该器件的光响应特性。实验结果表明,CsPbI3/n-Si异质结器件存在二极管整流特性,光暗比约为70,器件在695 nm的光照下的光响应度为51.9 m A/W(-1 V),同时具有较快的响应速度。2.高压激光溅射制备立方相CsPbI3纳米结构。我们利用高压激光溅射技术在n-Si上制备出具有出色稳定性的立方相CsPbI3纳米结构。通过构建CsPbI3纳米结构/n-Si和CsPbI3纳米结构/Ti O2纳米棒异质结光电探测器,研究了材料的光电性能。结果表明,两个异质结探测器均展现出了良好的光探测性能,此项研究为制备稳定的立方相CsPbI3提供了新思路。3.采用真空热蒸发技术制备了高质量的CsCu2I3薄膜,并实现了其在深紫外探测器件中的应用。实验中,我们通过调节蒸发源材料的比例,制备了不同组分结构的Cs-Cu-I薄膜。结果表明,当蒸发源比例为1:2(Cs I:Cu I)时薄膜为CsCu2I3相,当蒸发源比例为1:1(Cs I:Cu I)时薄膜为CsCu2I3和Cs3Cu2I5的混合相,当蒸发源比例为3:2(Cs I:Cu I)时薄膜以Cs3Cu2I5相为主。此外,我们选用Cu I薄膜做为缓冲层,有效提高了CsCu2I3薄膜的生长质量,降低了薄膜中Cs3Cu2I5相的含量,而且基于CsCu2I3的光电探测器的光电性能也得到了大幅提高。该工作为真空技术制备高质量非Pb钙钛矿提供了新途径,同时提出并验证了Cu I作为缓冲层获得纯相CsCu2I3薄膜的技术路线。
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