[CH_3NH_3][NH_3(CH_2)_6NH_3]H_3[P_2Mo_2W_(16)O_(62)]·H_2O的水热合成与表征

首次合成了[CH_3NH_3][NH_3(CH_2)_6NH_3]H_3[P_2Mo_2W_(16)O_(62)]·H_2O,通过元素分析、红外光谱和X射线单晶衍射对合成产物进行了表征,并用TGA-DSC研究了化合物的热稳定性.晶体属单斜晶系,P2_1/m空间群,a=1.259 6(3)nm,b=1.871 5(4)nm,c=1.981 6(4)nm,α=γ=90°,β=90.16(3)°,V=4.671(2)nm^3,Z=2,M_r=4 358.66,D_c=3.100 g·cm^(-3),μ=19.978 mm^(-1),F(000)=3 792,R=0.083 5,R_w=0.202 6.结果表明,在晶体结构内形成了0.736 4 nm×0.835 4 nm的微孔。

CH3NH3HgI3晶体的生长及光电性能研究

为探究有机金属卤化物CH3NH3HgI3的结构与光电性能间的内在规律,采用溶剂挥发法以甲基碘化胺(CH3NH3I)和碘化汞(HgI2)为反应物,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂合成CH3NH3HgI3多晶粉末;以甲醇(CH3OH)为溶剂在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上生长了CH3NH3HgI3薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)及电流电压测试仪(CVIV)表征其结构及光电性能。研究结果表明:制备的CH3NH3HgI3粉体为单一晶相结构;CH3NH3HgI3晶体存在多个范德华键作用面。薄膜的电阻率约为10^9Ω·cm;薄膜的禁带宽度为2.8 eV,其可见-近红外波段存在多个吸收峰,与薄膜中大量的结构缺陷有关。分析认为CH3NH3HgI3可应用于紫光探测领域。

CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器的短脉冲光电响应

以Nd：YAG纳秒脉冲激光器的2倍频输出（532nm）作为激发光源,比较了1步法、2步法制备钙钛矿光电探测器对ns量级短脉冲激光的光电响应.结果表明,2种钙钛矿光电探测器的上升沿响应时间相当,为20~25ns,且随着探测器的性能退化,上升沿响应时间基本保持不变;在灵敏度方面,2步法CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器能够在更大入射能量范围内保持线性响应,且在低能入射条件下具有更佳的光电转换效率;在光电转换效率的长时间稳定性方面,1步法CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器优于2步法CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器.所得结果既有助于钙钛矿光电探测器的光电转换行为表征,也有利于拓展钙钛矿光电探测器的应用范围.

高质量钙钛矿单晶CH_3NH_3PbI_3研究进展

有机-无机钙钛矿材料因为具有光谱吸收范围宽、缺陷密度低、载流子复合率低等非常优良的光电性能吸引了广泛关注,掀起了钙钛矿材料研究热潮。近年来杂化钙钛矿型太阳能电池发展迅速,光电转化效率目前已达到22.1%,展现出极大的应用潜力。与多晶薄膜相比,单晶具有极低的缺陷密度和极少的界面缺陷。多个课题组成功培养出大尺寸钙钛矿单晶,发现钙钛矿单晶材料具有比其他薄膜多晶材料更好的光响应特性,是设计制备光伏器件的理想材料。在各类钙钛矿材料中,CH_3NH_3PbI_3是研究和应用最广泛的一类钙钛矿材料。本文主要针对近年来CH_3NH_3PbI_3单晶材料的研究制备进行综述,介绍了CH_3NH_3PbI_3单晶材料的结构及性能,重点总结了CH_3NH_3PbI_3单晶材料生长制备方法和应用,并对其发展趋势进行了展望。

单源热蒸发制备有机无机杂化CH3NH3PbI3薄膜及其性能表征

采用全真空单源热蒸发沉积技术直接制备钙钛矿太阳电池用有机无机杂化CH3NH3Pb I3薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和分光光度计对制备的CH3NH3Pb I3薄膜微结构、表面形貌、化学成分和光学性能进行表征分析,并与非真空旋涂法制备的CH3NH3Pb I3薄膜性能进行比较。结果表明:单源热蒸发法制备的CH3NH3Pb I3薄膜呈现单一的钙钛矿四方晶体结构,且与蒸发源材料的晶体结构同源性高,没有出现杂质相偏析;对比旋涂法制备的CH3NH3Pb I3薄膜表面均匀致密平整,且薄膜结晶度更高;单源热蒸发法制备的CH3NH3Pb I3薄膜禁带宽度为1.57 e V,符合钙钛矿太阳电池吸收层光学性能要求。

CH_3NH_3PbI_3薄膜的光致发光增强效应

采用光谱测量技术分析了CH_3NH_3PbI_3薄膜的光致发光增强效应及其对载流子复合动力学的影响.实验结果表明,增加光浴功率密度有助于提高薄膜的光致发光增强速率,O2环境有利于薄膜的光致发光增强.CH_3NH_3PbI_3薄膜光浴处理引入的光致发光增强效应源于薄膜内缺陷态浓度降低.同时利用微波吸收介电谱技术,表征了CH_3NH_3PbI_3薄膜光浴前后,自由载流子和浅能级束缚载流子的复合动力学.发现光浴后,薄膜的自由载流子和浅能级束缚载流子浓度明显提高.

钙钛矿太阳能电池材料CH_3NH_3PbI_3的载流子迁移率

研究了钙钛矿太阳能电池材料CH_3NH_3PbI_3(CH_3NH_3=MA,MAPbI_3)的输运特性,理论分析了有机分子MA对晶格结构的影响。发现:MA沿[110]方向排布且近邻MA分子相互垂直的构型最稳定,将此构型作为MAPbI_3的标准结构,使用第一性原理方法,通过分析晶格的振动散射或声子散射,计算了MAPbI_3材料中形变势散射主导的载流子迁移率,分析了材料的输运特性,讨论了载流子迁移率理论计算值和实验值之间的差异。

反应时间对CH_3NH_3PbBr_3钙钛矿纳米晶形貌及荧光性能的影响

有机-无机杂化钙钛矿(CH_3NH_3PbX_3,X=Cl、Br、I)材料正成为最近全世界研究的热点,在太阳能电池、量子点发光等众多领域有着广泛的应用。本研究重点考察反应时间对热注入法合成的CH_3NH_3PbX_3纳米晶的形貌及荧光性能的影响,并采用吸收光谱、荧光光谱、X射线衍射、透射电镜及扫描电镜等手段对材料进行分析。研究表明,随着反应时间的延长,产物从6nm左右的球状纳米颗粒变为层状纳米片;反应时间继续延长,纳米片的尺寸变大,厚度变厚;同时,产物的吸收峰和荧光发射峰都发生蓝移。通过绝对量子产率的分析,发现反应时间为180s时产物的量子产率最高。

分子CH_3NH=B:的结构及重排反应的理论研究

采用量子化学中的从头计算方法, 在MP2/6-31G(d,p)水平上研究了不饱和硼烯CH3NH=B:的结构及重排反应机理。结果表明, CH3NH=B:的单线态结构比三线态结构稳定, 该分子的基态是单线态。分子CH3NH=B:可以发生3种不同的重排反应。本文找到了这3种重排反应的过渡态, 并详细计算了不饱和硼烯CH3NH=B:重排反应的动力学函数, 据此讨论了不饱和硼烯CH3NH=B:的稳定性问题。

少铅钙钛矿CH_3NH_3Sr_xPb_(1-x)I_3的合成及其在全固态薄膜太阳能电池中的应用

近年来,有机-无机杂化铅卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)得到了迅猛发展,其最高光电转换效率已经达到19.3%.该类型太阳能电池使用的钙钛矿型吸光材料为含Pb的有机-无机杂化铅卤钙钛矿,从长远来看,Pb的毒性将制约其大规模应用.本文从减少吸光材料中Pb的含量出发,尝试用Sr部分取代Pb制备一系列少铅钙钛矿CH_3NH_3Sr_xPb_(1-x)I_3,并将其应用于钙钛矿太阳能电池进行光电性能的研究.研究结果表明,相比于全Pb钙钛矿(CH_3NH_3PbI_3)材料,Sr取代量为30%(x=0.3)时,所形成的CH_3NH_3Sr_(0.3)Pb_(0.7)I_3光谱吸收大范围增强,但基于此材料制备的电池器件性能明显下降.

CH_3NH_3 Formed by Electron Injection at Heterojunction Inducing Peculiar Properties of CH_3NH_3PbI_3 Material

The effect of formed CH_3NH_3 at the heterojunction on properties of CH_3NH_3PbI_3 material is investigated based on experiment and theoretical calculation. Our calculation results show that the giant dielectric constant, anomalous hysteresis and long-lasting polarization for CH_3NH_3PbI_3 originate from the formed CH_3NH_3 at the heterojunction. It is found that the induced weak EPS by the reorientation of CH_3NH_3 sub-group along the built-in electric field enables us to effectively increase the ordering of entire lead-halide framework. In addition, the heterojunction has an advantage of channel separation between carrier transport and electron diffusion. These properties of the heterojunction are the main origin of the high efficiency of CH_3NH_3PbI_3 solar cells.

PbO-PbI_2复合物膜转化的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜及其光电特性（英文）

有机-无机卤化物钙钛矿是一类优异的光电材料.在过去四年内,基于有机-无机卤化物钙钛矿的光电器件实现了超过15%的光电转换效率.而有机-无机卤化物钙钛矿材料的可控制备是保证其在光电器件中应用的基础.本文采用新的沉积方法在玻璃衬底表面制备了一种典型的有机-无机卤化物钙钛矿CH3NH3Pb I3薄膜.其制备过程是:采用超声辅助的连续离子吸附与反应法在玻璃衬底表面沉积Pb O-Pb I2复合物膜,之后与CH3NH3I蒸汽在110°C环境下反应,将Pb O-Pb I2复合物膜转化成CH3NH3Pb I3钙钛矿薄膜.对CH3NH3Pb I3薄膜的微观结构,结晶性及其光电性能等进行了表征.结果表明,CH3NH3Pb I3薄膜呈晶态,具有典型的钙钛矿晶体结构.薄膜表面形貌均匀,晶粒尺寸超过400 nm.在可见光范围,CH3NH3Pb I3薄膜透过率低于10%,能带宽度为1.58e V.电学性能研究表明CH3NH3Pb I3薄膜表面电阻率高达1000 MΩ.高表面电阻率表明CH3NH3Pb I3薄膜具有一定的介电性能,其介电常数(εr)在100 Hz时达到155.本研究提出了一种制备高质量CH3NH3Pb I3钙钛矿薄膜的新方法,所得CH3NH3Pb I3薄膜可望在光、电及光电器件中得到应用.

CH3NH3PbI2Br光吸收层薄膜的制备

采用一步法在大气环境下制备连续的CH_3NH_3PbI_2Br钙钛矿薄膜。通过在标准前驱液[甲基溴化铵(CH3NH3Br)、碘化铅(PbI2)的二甲基甲酰胺(DMF)溶液]中添加甲基氯化铵(CH3NH3Cl)制备出了连续覆盖率高的CH_3NH_3PbI_2Br钙钛矿薄膜,并探究了退火温度对薄膜晶化过程、微结构及光吸收特性的影响。结果表明:CH3NH3Cl的添加大大影响了CH_3NH_3PbI_2Br钙钛矿薄膜的结晶过程,改善了薄膜连续性和光吸收特性。X射线衍射谱图表明,添加剂CH3NH3Cl对形成的钙钛矿薄膜成分没有影响。当退火温度为100℃时,薄膜的生长特性较好,薄膜较为致密连续,光吸收特性最好,且退火温度不影响其禁带宽度的变化,有利于其在晶硅叠层太阳能电池中的应用。

醋酸铅作为铅源合成CH_3NH_3PbBr_(3-x)Cl_x纳米晶体颗粒（英文）

采用醋酸铅作为铅源,成功制备出CH_3NH_3PbBr_(3-x)Cl_x(MA=CH_3NH_3,0≤x≤3)发光纳米晶体颗粒。醋酸铅比卤化物铅盐,尤其是氯化铅,能更好地溶解在N'N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中,解决了卤化物盐溶解度低的问题。在MAPbBr_(3-x)Cl_x中,不同比例的Br/CI可以产生不同的光谱性质,荧光光谱(PL)可以从399 nm调控到527 nm。所有荧光光谱的半峰宽(FWHM)在20 nm左右,说明色谱比较纯。制备的MAPbBr_(3-x)Cl_x纳米晶体颗粒尺寸分布在^(11±3)nm,可以很好地分散在甲苯中。其中,MAPbBr_3纳米晶体颗粒的荧光量子产率(PLQY)高达73%,其平均荧光寿命为97.4 ns。

光浴对CH_3NH_3PbI_3薄膜光致发光量子效率的影响

研究了CH_3NH_3PbI_3薄膜在光浴条件下的光致发光量子效率演化行为。在光浴过程中,CH_3NH_3PbI_3薄膜的光致发光量子效率表现为先增大再减小的变化趋势。发光动力学测量实验表明,在光浴过程中,CH_3NH_3PbI_3薄膜的载流子复合寿命与光致发光量子效率具有相同的变化趋势,即先增大再减小。根据实验结果可以推断,光浴引发CH_3NH_3PbI_3薄膜发生两种物理过程,分别使其光致发光量子效率升高和降低。两种过程共同决定了CH_3NH_3PbI_3薄膜在光浴条件下的光致发光量子效率演化行为。

退火温度对CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜结构和电学特性的影响

采用一步溶液法制备的CH_3NH_3PbI_3薄膜,用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪对CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜的表面形貌和晶体结构进行表征。通过对薄膜的电流-电压(I-V)曲线的测试结果计算得到在退火温度为60,80,100,120和140℃制备的CH_3NH_3PbI_3薄膜的电导率分别为0.0069,0.0089,0.0178,0.0104和0.0013mS/cm。研究结果表明,合适的退火温度有助于薄膜结晶度的提高,晶粒尺寸的增大且尺寸分布均匀,从而有效减少晶界缺陷和晶界散射,薄膜电导率大幅度提高。但是,过高的退火温度(>120℃)会导致碘离子VI空位缺陷的数量急增,甚至导致CH_3NH_3PbI_3的分解,使得薄膜内部的缺陷浓度提高。由于缺陷散射增强,载流子迁移率降低,薄膜电导率减小。

一步旋涂法制备的钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜的热稳定性

利用X射线衍射谱和扫描电子显微镜研究了一步旋涂法制备的钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜结构的热稳定性.同时,根据实验结果研究了一步旋涂法制备CH_3NH_3PbI_3薄膜的成膜机理.制备CH_3NH_3PbI_3薄膜的最佳前热退火温度为100℃,而140℃是CH_3NH_3PbI_3的临界热分解温度,在250℃时CH_3NH_3PbI_3就完全热分解为PbI_2.

CH3NH3PbBr3表面修饰对SnO2基光电探测器性能的影响

SnO 2基紫外探测器具有较高的光响应度,但由于材料存在持续光电导效应,其响应时间较长,限制了其在光电探测领域的应用。为此,我们研究了表面修饰对SnO 2基光电探测器件的性能影响。采用化学气相沉积的方法制备了高结晶质量的SnO 2微米线,并在此基础上制备了基于单根SnO 2微米线的光电探测器。同时制备了高质量的钙钛矿CH 3NH 3PbBr 3材料,并与SnO 2微米线结合制备出经过修饰的SnO 2基器件。两种器件在紫外波段都呈现出明显的光响应,响应峰值位于250 nm处。相比单根SnO 2微米线器件,经过修饰后的SnO 2微米线探测器的响应度提高了10倍,响应时间由单根SnO 2微米线器件的几百乃至上千秒缩短为0.9 s。这一研究结果说明我们所采用的方法非常有望应用到高性能SnO 2光电探测器的制备中。

CH_3NH_3PbI_3钙钛矿太阳电池晶粒尺寸及光电性能调控

钙钛矿薄膜的晶粒尺寸对器件性能影响很大。采用湿润性不同的空穴传输层以及不同浓度的CH_3NH_3I(MAI)溶液,使用热退火和溶剂气氛退火的方法制备出CH_3NH_3PbI_3薄膜及相应电池。测量了不同制备条件的钙钛矿薄膜的X射线衍射、扫描电子显微镜、光致发光谱,以及器件的电流密度-电压曲线。结果表明,溶剂气氛退火可以有效地增大薄膜的晶粒尺寸,提高器件的电流密度;较高浓度的MAI能将PbI2完全转化为CH_3NH_3PbI_3,增大晶粒尺寸;不湿润的功函数更高的空穴传输层有利于电池效率的提高。制备了最高效率为13.3%的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿电池,为制备更大晶粒的钙钛矿薄膜与更高效率的钙钛矿太阳电池奠定了基础。

CH_3NH_3PbI_3/TiO_2复合纳米线制备及表征

采用水热法合成了纯锐钛矿TiO_2纳米线,并以此为模板结合滴涂法制备了CH_3NH_3PbI_3/TiO_2异质结复合纳米线.首先通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)等分析测试手段对样品的结构和形貌进行表征.然后利用拉曼光谱对样品的分子结构进行了研究.最后通过采集紫外一可见一近红外(UV—Vis—NIR)吸收光谱,对样品的的光谱响应性能进行了分析.结果表明:CH_3NH_3PbI_3与TiO_2纳米线复合形成了异质结结构,此复合物作为光催化剂不但可以解决传统TiO_2体系吸收可见光谱带窄的缺点,将光谱范围从紫外扩展到了近红外,还可以减少光生电子与空穴复合机率,有利于提高光催化活性.