【摘 要】
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近几年来,有机无机铅卤化物钙钛矿材料因其具有优异的光学性能而备受关注,其光电转换效率取得了快速增长。虽然这种卤化铅钙钛矿太阳能电池的光电转换效率一直稳步提升,然而有毒性和稳定性不高是这类钙钛矿的主要缺点。锑离子于空气中极易被氧化而使钙钛矿结构遭到破坏,锑基钙钛矿并不是最为优良的光电材料。因此,铋基钙钛矿化合物有望成为解决钙钛矿太阳能电池铅污染问题的首选材料。本文中作者选取Rb_3Bi_2I_9材料
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近几年来,有机无机铅卤化物钙钛矿材料因其具有优异的光学性能而备受关注,其光电转换效率取得了快速增长。虽然这种卤化铅钙钛矿太阳能电池的光电转换效率一直稳步提升,然而有毒性和稳定性不高是这类钙钛矿的主要缺点。锑离子于空气中极易被氧化而使钙钛矿结构遭到破坏,锑基钙钛矿并不是最为优良的光电材料。因此,铋基钙钛矿化合物有望成为解决钙钛矿太阳能电池铅污染问题的首选材料。本文中作者选取Rb3Bi2I9材料作为研究对象,通过基于金刚石对顶砧加压装置(Diamond anvil cell,DAC)的高压原位X射线衍射(XRD)、拉曼、吸收光谱和电学测量等手段,对Rb3Bi2I9的综合物性进行了表征。具体的研究成果如下:1.通过对Rb3Bi2I9的XRD结果分析得到,其空间群为P21/n的单斜结构,具有低的非中心结构对称。伴随压力的提升,Rb3Bi2I9的X射线衍射谱没有被检测到原始峰的消失和新峰的出现,所有的布拉格衍射峰单调的呈现展宽趋势,最终达到压致非晶化。高压下Rb3Bi2I9单晶存在压致变色现象,由原来的透明鲜红色过渡到半透明深红色,在14.4 GPa最终完全变成不透明黑色,然而压致变色的转换是完全可逆的。Rb3Bi2I9吸收光谱随压力变化吸收边持续地红移伴随着它从可见区转移到近红外区。高压下Rb3Bi2I9在环境温度下表现出2.04 eV的间接间隙条件,在高压下,Rb3Bi2I9的带隙经历了一个持续的减小过程。拉曼光谱与XRD测试结果相一致,都说明材料的非晶化过程是可逆的,在卸压后恢复到原始状态。2.通过高压原位交流阻抗谱测量,系统研究了Rb3Bi2I9的电输运性质。结果发现:在整个压力范围内Rb3Bi2I9的电阻随压力的增加而减小。常压下,Rb3Bi2I9的大电阻与其较宽的带隙相关。随着压力的增加,阻值变化不明显,直到9.5 GPa压力左右,电阻值持续快速的降低。在15 GPa左右电阻值降幅最大,考虑到测量系统本身的电阻,此时Rb3Bi2I9在压缩时可能金属化。通过分析阻抗谱数据得到的Nyquist图,我们发现Rb3Bi2I9样品的电输运过程只有电子传导,这表明纯的电子传导主导Rb3Bi2I9样品的电输运过程。3.通过对Rb3Bi2I9高压原位变温电阻率的实验测量,证实了其压致金属化现象的发生。变温实验结果表明:Rb3Bi2I9在15.2 GPa之前电阻率随温度的升高呈现下降趋势,表现为明显的半导体特性;当压力在15.8 GPa时,Rb3Bi2I9的电阻率随温度的升高呈现上升趋势,呈现金属特性,证实了半导体—金属过渡。电阻率在压力作用下的变化规律与杂质能级深浅有关,伴随压致能隙闭合,Rb3Bi2I9在15.8 GPa时发生等结构的半导体性到金属性的相转变。
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