【摘 要】
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在对太阳能电池的不断研究中发现钙钛矿太阳能电池在转换效率上与其它太阳能电池相比具有明显优势。同时钙钛矿太阳能电池制作工艺相对简单,特性优异,在光伏领域越来越受到人们的青睐。在这一背景下,进一步了解钙钛矿材料的光电特性,对继续提升钙钛矿太阳能电池的转换效率以及在钙钛矿材料的应用方面均具有非常重要的价值。本文以CsFAMA三元阳离子钙钛矿薄膜为研究对象,以荧光光谱技术和微波光电导技术为主要测量手段,对
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在对太阳能电池的不断研究中发现钙钛矿太阳能电池在转换效率上与其它太阳能电池相比具有明显优势。同时钙钛矿太阳能电池制作工艺相对简单,特性优异,在光伏领域越来越受到人们的青睐。在这一背景下,进一步了解钙钛矿材料的光电特性,对继续提升钙钛矿太阳能电池的转换效率以及在钙钛矿材料的应用方面均具有非常重要的价值。本文以CsFAMA三元阳离子钙钛矿薄膜为研究对象,以荧光光谱技术和微波光电导技术为主要测量手段,对其发光过程,微波光电导响应等性质进行了实验研究。获得了CsFAMA三元阳离子钙钛矿薄膜载流子复合过程的相关信息。主要研究内容分为两部分:一、采用稳态荧光(PL)光谱技术以及时间分辨光致发光(TRPL)光谱技术对不同热力学温度和不同激发光强下的CsFAMA三元阳离子钙钛矿薄膜光致发光过程进行研究。通过PL光谱得到室温下CsFAMA钙钛矿薄膜发光峰位在1.6 eV左右,结合通过透射光谱得到的带隙1.61 eV,可知发光峰位较薄膜带隙略小,证实存在带尾态发光过程。在变温实验中将热力学温度由15 K逐步增加至295 K(以10K为一个间隔进行光谱数据采集)。结果表明随着热力学温度升高光谱中心波长出现蓝移趋势,但在245 K后又呈现出红移趋势。并且PL光谱半高全宽在245 K后向低能边展宽更明显。对比CsFAMA钙钛矿薄膜在15 K、175 K、285 K三个典型热力学温度下测得的PL光谱,发现285 K下PL光谱在1.55 eV处出现“肩膀”。进一步利用TRPL测量技术测量三元阳离子钙钛矿薄膜的荧光寿命,发现荧光寿命在15 K-150 K范围内增加,150 K-245 K范围内基本不变,但在245 K以上时,荧光寿命快速下降。本文推测在热力学温度大于245 K后存在三元阳离子钙钛矿向单组分钙钛矿的能量传递现象。二、采用微波光电导技术测量不同厚度的CsFAMA钙钛矿薄膜在不同激发光强和不同热力学温度下的光生载流子浓度以及复合动力学信息。通过双e指数拟合得到了载流子复合寿命。对于三元阳离子钙钛矿,其载流子复合寿命随激发光能量增加而减小,这是由于随着激发光能量增加,二阶的电子空穴复合以及三阶的俄歇复合导致了载流子衰减速率加剧。将热力学温度由74K逐步增加至304 K,发现热力学温度升至104 K附近时载流子寿命增加,当温度持续上升时寿命减小,本文将这一现象归因于非辐射复合的加剧。根据不同热力学温度下的信号幅值,还讨论了光生载流子相对产率的变化。相比在74 K的条件下,304 K时载流子的相对产率增加了约13.5倍。本文暂时将载流子浓度随温度升高归因于热能加速激子分离从而产生更多自由载流子。
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