【摘 要】
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ABX3型钙钛矿单晶由于具有低缺陷密度、高载流子迁移率和长的载流子扩散长度,成为光电转换器件前沿研究的热点。但钙钛矿单晶属于易碎的离子晶体,不易通过机械加工制备100μm以下的单晶片。因此,直接制备微米级厚度的钙钛矿二维单晶对单晶钙钛矿进一步的发展具有重要意义。本文研究了钙钛矿二维单晶的生长条件,提出了“液-液界面限域”和“双柔性界面限域”的方法,并以此制备了MAPbCl3、MAPbBr3以及MA
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ABX3型钙钛矿单晶由于具有低缺陷密度、高载流子迁移率和长的载流子扩散长度,成为光电转换器件前沿研究的热点。但钙钛矿单晶属于易碎的离子晶体,不易通过机械加工制备100μm以下的单晶片。因此,直接制备微米级厚度的钙钛矿二维单晶对单晶钙钛矿进一步的发展具有重要意义。本文研究了钙钛矿二维单晶的生长条件,提出了“液-液界面限域”和“双柔性界面限域”的方法,并以此制备了MAPbCl3、MAPbBr3以及MAPbBr3-MAPbCl3异质结单晶光探测器,获得优异的光电性能。研究内容如下:1.提出了一种新的单晶生长方法,即“液-液界面限域法”合成MAPbCl3钙钛矿二维单晶。相比传统的空间限制法,“液-液界面限域法”采用液-液界面对晶体的厚度进行限制,提高了晶体质量。将该方法扩展至MAPbBr3晶体中,可在0℃的低温下完成晶体的生长,进一步减小了器件的缺陷。其光电探测性能比传统溶液法制备的单晶器件提高了650%。2.结合上文所述的“液-液界面限域法”,通过浓度调控,在生长完成后的MAPbCl3晶体上添加MAPbBr3前驱体溶液,原位生长MAPbBr3单晶,得到微米级的MAPbBr3-MAPbCl3二维异质结单晶,并分析了其物理和光电性能。3.为了规模化制备微米级厚度的钙钛矿单晶,提出了“双柔性界面限域法”制备钙钛矿单晶。通过调控使用聚乙烯薄膜作为限域基板,利用溶剂对其的渗透性特性,通过扩散缓慢提高溶液的饱和度,得到高结晶度的二维晶体,并制成单晶光电探测器进行了光电性能分析,其响应度最高可达63 A W-1,证实了该方法的可行性。
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