【摘 要】
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有机-无机钙钛矿材料CH3NH3PbX3(X=I,Br,Cl)因其优越的性能成为太阳能电池,发光二极管等光电器件的热门材料之一。尽管有机-无机钙钛矿材料展现出优异的光电性能,但是该类材料仍然面临着器件稳定性的挑战。有机-无机钙钛矿材料均会发生不同程度的分解,尤其是在高温、富氧、高湿度和强光条件下,这些缺点严重影响到光电器件的发展。为了改善有机-无机钙钛矿材料的稳定性,研究者们提出了阳离子工程、配体
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有机-无机钙钛矿材料CH3NH3PbX3(X=I,Br,Cl)因其优越的性能成为太阳能电池,发光二极管等光电器件的热门材料之一。尽管有机-无机钙钛矿材料展现出优异的光电性能,但是该类材料仍然面临着器件稳定性的挑战。有机-无机钙钛矿材料均会发生不同程度的分解,尤其是在高温、富氧、高湿度和强光条件下,这些缺点严重影响到光电器件的发展。为了改善有机-无机钙钛矿材料的稳定性,研究者们提出了阳离子工程、配体工程和抑制离子迁移等方法,虽然上述在提升有机-无机钙钛矿材料的稳定性方面取得了一些进展,但是仍然未能取得很好的效果。因此,研究者们只有掌握了有机-无机钙钛矿器件稳定性差的本质原因,才能制备出性能更加优越的有机-无机杂化钙钛矿光电器件,为实际的应用奠定了理论基础。现阶段相应的研究工作大部分关注于稳定性的提升,而忽略了对其本质原因的探索。因此,本论文通过对两种不同卤素为基础的有机-无机钙钛矿薄膜进行(CH3)3PbX掺杂浓度对比实验来研究CH3+对有机-无机钙钛矿晶格形成过程中CH3NH3+位的稳定性情况,分析其在晶体结构形成时的化学环境及优先结合位点。首次将(CH3)3PbX掺杂进有机-无机钙钛矿中,观察是小分子的CH3+先进入晶格还是CH3NH3+先进入晶格。本实验通过比较(CH3)3PbX与CH3NH3PbX3和CH3NH3X的C1s核心能级偏移的现象,观察不同种类的碳原子排列。确定CH3+在钙钛矿中的结合位置:是与卤化物(X=Br或Cl)结合,或者与铅结合。本文着重研究了通过掺杂后,溴基和氯基两种钙钛矿薄膜的结晶度、形貌、光学性质及CH3键位的变化。在第二章中,通过(CH3)3PbX掺杂,针对不同的卤素的有机-无机钙钛矿薄膜表现出完全不同的影响,采用X射线衍射技术对这两种钙钛矿及其掺杂后地化合物物薄膜分析CH3+对其结晶度地影响。在形貌方面,利用扫描电镜技术观察晶粒生长情况。利用近红外可见荧光光谱仪和紫外可见近红外分光光度计技术研究了其光学性质的变化。在第三章中,在氮气环境中利用不同的(CH3)3PbX掺杂浓度对CH3NH3PbBr3进行表面修饰。主要测试仪器是角分辨能谱仪,旨在缩小CH3NH3PbBr3薄膜中CH3+的优先结合位点,来研究在铅的化学环境中钙钛矿如何受到(CH3)3PbX存在的影响。实验表明,无论掺杂与否,原钙钛矿中本身就存在着CH3+,且浓度不可忽视。第四章的研究目标是缩小甲基杂质在CH3NH3PbCl3薄膜中的优先结合位点。通过对氯基有机-无机钙钛矿薄膜进行不同浓度CH3+掺杂对比实验来研究该离子在CH3NH3PbCl3晶格形成过程中的作用。其钙钛矿薄膜表面的两种C 1s类型(CH3NH3+和CH3+)值得被研究,另外通过分析XPS图谱判断CH3+可能的结合位置。
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