【摘 要】
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光电转换能够将光能转换成电能加以利用。太阳能电池作为化石燃料的替代品,可显着将光能转化为电能,实现可再生能源的高效利用,有效减少环境污染。光电探测器通过将光信号转换为电信号,而成为了智能光电系统中重要的一部分,进而在诸多领域都有着广泛的应用,目前已经在军事国防、红外成像、光通信、海洋探测、环境保护、基础科学研究、成像等领域发挥着越来越重要的作用。钙钛矿由于其载流子迁移率较高、吸收系数大。柔性轻质以
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光电转换能够将光能转换成电能加以利用。太阳能电池作为化石燃料的替代品,可显着将光能转化为电能,实现可再生能源的高效利用,有效减少环境污染。光电探测器通过将光信号转换为电信号,而成为了智能光电系统中重要的一部分,进而在诸多领域都有着广泛的应用,目前已经在军事国防、红外成像、光通信、海洋探测、环境保护、基础科学研究、成像等领域发挥着越来越重要的作用。钙钛矿由于其载流子迁移率较高、吸收系数大。柔性轻质以及带隙可调等优点备受人们关注。目前发表的大多研究成果,是在实验室采用旋涂法制备的小面积钙钛矿器件,尺寸通常小于0.1 cm~2,无法满足市场上对大面积成像探测的需求以及电池的量产化制备。毫无疑问,钙钛矿的未来发展必将走向大规模地制备,因此实现大面积制备是目前最急需解决的问题之一。为了解决大面积制备的问题,在诸多方法中,刮涂法由于其成本较低、操作简单环保等特点脱颖而出。本论文基于目前有机无机杂化钙钛矿的发展,将刮涂法引入了钙钛矿薄膜的制备过程,并且成功实现了大面积、具有大晶粒、高均匀性的钙钛矿薄膜,最终展示了大面积成像探测的实际应用价值。具体的工作内容可以大致分为以下两个部分:第一项工作,我们选用FA0.4MA0.6Pb I3钙钛矿进行研究,首先研究了影响刮涂法制备优质薄膜的各方面因素,在摸索成功后将其引入,实现了钙钛矿的大面积制备,获得了具有高稳定性的钙钛矿电池。WZM钝化层中的疏水烷基链像屏障一样附着在钙钛矿薄膜表面,有效的抵御了水分的侵入。相比于刮涂法制备的原始器件,显著提高了器件的水分稳定性,在储存120小时后保留超过70%的原始PCE。开路电压从0.99 V提高到了1.06 V。在AM1.5G的光照下,器件的PCE整体提高了2～3%,达到了16.8%。可重复性显著增强。FF也达到了74.65%。这些充分地展示了刮涂法在钙钛矿领域的可应用性,为之后的大面积探测成像奠定了坚实的基础。第二项工作,基于第一项工作的研究基础,继续完成了一个大面积的探测成像。此外还展现了双功能非富勒烯材料WZM对钙钛矿层的钝化效果。钝化后的薄膜晶粒尺寸明显更大、更完整,薄膜也更加致密,薄膜厚度也明显增加。钝化后的器件EQE超过了80%,暗电流在-0.1 V低至1.07*10-7 A cm-2,770 nm处比探测率提高到了3.44*1011 jones。最后,我们扩大了衬底和有源层的面积,尺寸为48 mm*39 mm,继续进行了一个8×8的阵列化制备,实现了一个大面积的对可见光的成像。相信基于刮涂法制备的大面积成像应用具有巨大的潜力,可应用于更多的光电探测领域。本论文对所提出的原理进行了详细剖析,并提供了完整的性能测试和数据加以证明,不仅引入刮涂法制备了大面积高性能的钙钛矿器件,并且大大提高了器件的水分稳定性和大面积探测能力,切实地解决了钙钛矿市场化所存在的部分问题,为之后的研究提供了确切的思路。我相信,这为钙钛矿在人民生活中发挥实际价值起到了弥足珍贵的意义。
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