钙钛矿薄膜生成动力学及其内部激子扩散机理的研究

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钙钛矿太阳能电池因具有高效、低成本、易操作和可制备柔性器件等特点,受到人们的广泛关注,成为近年来的热门领域之一。电池的性能受钙钛矿吸收层的制备工艺和化学成分影响很大。本文针对钙钛矿前驱液和在基底上的结晶动力学以及化学掺杂进行探究,并取得以下研究进展:  (1)薄膜质量对于钙钛矿太阳能电池的光电转化效率至关重要。文献中报道过利用溶液制备薄膜时,会产生一种中间体,但溶质在前驱液内的分散、结合、结晶过程以及对薄膜的影响尚不清楚。我们的研究显示含有PbI2和CH3NH3I的DMF溶液经过一定时间的陈化,所制备薄膜的平整性大大提高。通过多种谱学测试证明这一现象的原因是PbI2在溶液中逐渐解离成低聚物,再与CH3NH3I形成复合体,复合体是形成均匀钙钛矿薄膜的前提。  (2)研究铯掺杂对钙钛矿材料光学性质的影响发现:当掺杂10%的铯时,钙钛矿晶体中(112)面的表面能降低,晶体沿此面生长,制备的钙钛矿薄膜的形貌趋于均匀平整,激子寿命(19.85ns)和扩散长度(222nm)达到最大。这是因为铯掺杂引起了钙钛矿晶体内部的缺陷密度降低,减少激子的非辐射复合。  (3)设计了一种可实时图像拍摄的旋涂仪转子。该转子将一个可发射无线信号的微型摄像头固定在底座上方,底座由电动机带动旋转,在高速旋转时摄像头与底座仍保持相对静止,固定于底座上表面的载片的动态过程可以被位于其上方的摄像头记录下来并实时观察。借助该转子研究了钙钛矿薄膜在基底上的形成动力学。该转子可在线了解胶液在基底上的展开、离心、浓缩、结晶,而这些行为的快慢可作为优化旋涂参数的依据,如转速、加速度、浓度、温度、粘度。
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