基于界面溶液法制备钙钛矿材料及光电性能研究

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有机-无机卤化物钙钛矿材料(MAPbX3,MA=CH3NH3+,X=Br,I或Cl)是一种新型的半导体材料,MAPbX3材料凭借其带隙可调、发光峰窄、载流子迁移率高等优异的光电特性,为开发各种光电应用开辟了可能性。特别是在太阳能电池,发光二极管和光电探测器等方面得到了广泛的应用。但是由于MAPbX3材料结晶速度快,所以采用溶液法制备的有机无机杂化钙钛矿薄膜结晶不连续,薄膜覆盖率低,且由于材料的成核和生长速率快,所以难以深入研究其生长机理。本文探索了通过构建固-液界面诱导制备均匀连续的悬空钙钛矿薄膜,以及通过构建水-油界面可控合成钙钛矿量子点的方法。主要研究内容如下:1.在MAPbBr3薄膜形貌可控方面,我们首先研究了毛细诱导的粘附力对MAPbBr3前驱体溶液膜的支撑作用。利用直径为450 nm和1 200 nm的纳米微球构建纳米微阵列,分别研究了粘结强度对MAPbBr3薄膜形貌的影响。然后通过动态旋涂滴加法(DD)和传统的静态滴加法(SD)做对比,研究了溶剂蒸发速率对过渡态膜形成的作用。在光学性能测试上采用原位光致发光(PL)方法表征了退火过程中过渡态薄膜中晶体的生长机理。另外本文还通过光学仿真,即三维有限差分时域法(FDTD)模拟对钙钛矿薄膜的光学性能进行了研究。最终得出结论DD方法和结构参数是控制薄膜形貌和获得高质量MAPbBr3悬空薄膜的关键因素。2.在MAPbBr3量子点(QDs)尺寸可控方面,我们首先构建了一种水-油界面合成MAPbBr3QDs的反应体系,通过延长反应时间,首次在单一反应中实现了MAPbBr3QDs从438 nm到534 nm的连续光谱演变,并进行了反应过程的实时光谱监测分析。我们在实时荧光和吸收光谱测试基础上,结合多种结构、光谱、表面分析和稳定性测试分析方法对MAPbBr3QDs的形貌、结构、尺寸和生长过程进行了研究。通过构建生长动力学曲线研究了MAPbBr3QDs的生长机理,且详细研究了温度以及前体和配体的浓度对反应的影响。最终明确该方法的实现依赖于降低Pb Br64-八面体的生成速率与MA的扩散速率。Pb Br64-八面体的形成是一个速率决定步骤,两相体系为控制MA的传递提供了良好的反应条件。
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