近年來,以甲胺基鉛鹵化物鈣鈦礦為代表的有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料由于其高的載流子遷移率、大的載流子擴(kuò)散長度和高的光學(xué)吸收系數(shù),表現(xiàn)出優(yōu)異的光電和電學(xué)性質(zhì),從而在太陽能電池、發(fā)光二極管、光探測器以及場效應(yīng)晶體管等光電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,從而引起了國內(nèi)外廣泛的研究興趣。目前研究的鈣鈦礦材料多為多晶態(tài)薄膜,對于這類材料的基本物理性質(zhì)如載流子遷移率、光電轉(zhuǎn)化機(jī)理存在爭議。相對于薄膜材料,單晶具有更少的缺陷密度、更高的載流子遷移率和更長的擴(kuò)散長度,是光物理等基本性質(zhì)研究的理想材料。因此,開展對這類材料的體塊晶體生長研究顯得十分重要。本論文總共分為五章,每章的主要內(nèi)容如下:第一章首先介紹有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料的研究背景,其次闡明鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)及組分對結(jié)構(gòu)的影響,接下來介紹不同維度的鈣鈦礦材料,最后,重點(diǎn)總結(jié)了有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦體塊晶體的生長方法及研究現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上,提出本論文的選題意義和研究內(nèi)容。第二章是實(shí)驗(yàn)方法與測試表征手段的說明。主要介紹了本論文生長過程中所使用的相關(guān)實(shí)驗(yàn)試劑、晶體生長裝置,并且介紹了實(shí)驗(yàn)中用到的測試方法與測試儀器。第三章是CH3NH3PbBr3體塊單晶的生長及性能研究。利用溶液降溫法生長了厘米級的CH3NH3PbBr3體塊單晶,總結(jié)了該類晶體材料的生長方法和存在的問題,確認(rèn)其晶體結(jié)構(gòu)并進(jìn)行基本性能表征。第四章是混鹵鈣鈦礦CH3NH3Pb(C11-xBrx)3體塊單晶的生長及性能研究。我們在生長CH3NH3PbBr3體塊單晶經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對混鹵鈣鈦礦晶體的生長進(jìn)行探索,通過優(yōu)化生長參數(shù),生長得到一系列不同Cl/Br比率的CH3NH3Pb(Cl1-xBrx)3鈣鈦礦塊體單晶,并對所生長的晶體進(jìn)行了單晶結(jié)構(gòu)的確認(rèn),對其基本物理性能進(jìn)行表征。最后一章是全篇論文總結(jié),概括本論文的主要內(nèi)容與結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn),并對未來的工作進(jìn)行展望。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O78
【部分圖文】：

器件方面的應(yīng)用研究，如光電探測器、發(fā)光器件、憶阻器、激光器等。近年來，逡逑世界各地的研究者己發(fā)表大量關(guān)于有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料在各類光電子器逡逑件方面取得的重要原創(chuàng)性成果，如圖１．２所示。逡逑悐邋／邐－逡逑Ｐｕｍｐ邋ｆｋｉ？Ａｅ？ｉｉ＞邋Ｊ．＇0ｒ＇邋｜逡逑（ｃ）邐（ｄ）逡逑■邋■Y"＿逡逑■■■塌喊逡逑圖１．２有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用（ａ）微納激光器Ｍ（ｂ）光電探測器逡逑［２６１邋（ｃ）可觸式發(fā)光器件［３９丨（ｄ）憶阻器剛逡逑基于有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料的各類光電器件相繼研發(fā)成功，顯示出這類逡逑鈣鈦礦材料在光電領(lǐng)域所具有的廣闊的應(yīng)用前景及巨大的商業(yè)市場。但是，目前逡逑已有的報道大多是基于這類材料的多晶薄膜，大尺寸體塊單晶的生長、單晶性能逡逑表征以及單晶器件制備研究則鮮有報道。研究表明，單晶的低缺陷、無晶界等特逡逑點(diǎn)使其具有良好的熱穩(wěn)定性、更高的載流子徖移率、更長的載流子復(fù)合壽命以及逡逑更寬的光吸收范圍等優(yōu)勢，由此可以預(yù)期采用單晶制作的光電子器件將獲得更好逡逑的光電性能。同時，科學(xué)家對基于鈣鈦礦多晶薄膜材料的微觀運(yùn)行機(jī)理尚有分歧，逡逑而基于單晶材料的研宄最能揭示這類材料的本征工作機(jī)制。因此，開展大尺寸高逡逑質(zhì)量的有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦體塊單晶生長研宄對進(jìn)一步理解鈣鈦礦晶體材料逡逑的基本性能、光電轉(zhuǎn)換機(jī)理以及拓寬鈣鈦礦材料的應(yīng)用領(lǐng)域均具有

結(jié)構(gòu)有序性有效地與有機(jī)組分的功能多樣性、結(jié)構(gòu)靈活性以及低成本進(jìn)行結(jié)合，逡逑其中Ａ、Ｂ、Ｘ三個位置高度的結(jié)構(gòu)靈活性賦予研究者們更多通過改變其化學(xué)組逡逑分調(diào)控材料光電特性的可能性。逡逑１．２．１晶體結(jié)構(gòu)逡逑有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式可表示為ＡＢＸ３，其中Ａ為有機(jī)胺類逡逑陽離子，如ＣＨ３ＮＨ／邋（ＭＡ＋），ＮＨ＝ＨＣＮＨ／邋（ＦＡ＋）等；Ｂ為主族元素或過渡金逡逑屬離子，如Ｓｎ２＋，邋Ｐｂ２＋，邋Ｇｅ２＋，邋Ｍｎ２＋等；Ｘ為鹵素離子，如Ｃｌ－，邋Ｂｒ或Ｉ－。逡逑以典型的ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩｄ＾晶體結(jié)構(gòu)為例，我們從圖１．３中可以清楚地看到有逡逑機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦晶體的結(jié)構(gòu)Ｗ：邋（１）邋Ｐｂ２＋與相鄰位的六個ｒ配位形成［Ｐｂｌｆ］八逡逑面體的空間結(jié)構(gòu)，Ｐｂ２＋占據(jù)八面體的中心位置。這一結(jié)構(gòu)通過共用頂點(diǎn)ｒ進(jìn)行連逡逑接，最終形成長程有序的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；（２）ＣＨ３ＮＨｂ＋位于八面體的間隙位置，通逡逑過氫鍵與無機(jī)的鈣鈦礦層相連接，用以平衡電荷。逡逑

對于理想的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，為了保持高度對稱性的晶體結(jié)構(gòu)，容忍因子（0應(yīng)該逡逑在０．９？１．０之間［４２］。有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦結(jié)構(gòu)一般容忍因子⑴在０．７－１．１這個逡逑范圍內(nèi)，如圖１．５所示。這是由于通過共點(diǎn)銜接形成的八面體結(jié)構(gòu)間的空隙比共逡逑棱或共面連接時形成的空隙要大，這樣不但使得ＡＢＸ３型結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更重要的逡逑是較大的空隙可以允許填入不同尺寸大小的有機(jī)離子。即使晶體存在缺陷或者各逡逑組成離子的尺寸半徑與幾何學(xué)要求有較大出入，仍然能夠具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)并且有逡逑利于載流子的徖移輸運(yùn)［４３］。逡逑ＭＡＳｎｌ３邋ＦＡＰｂｆ３邋ＦＡＳｎｌｊ逡逑Ｉ＾ＡＰｂＢｒ，邋ＭＡＳｎＢｒ，邋ＦＡＰｂＢ｜邋ＦＡＳｎＢｒ，邋Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ逡逑１邋ｌ邋丨邋‘邋１邐１邋Ｉ邐＊）逡逑０．￥５邐０．９０邐］邋０．９５逡逑ＭＡＰｂｌ３ＭＡＰｂＣｉ３邋ＭＡＳｎＣｌｊ邋ＦＡＰｂＣＩ３邋ＦＡＳｎＣＩ３逡逑圖１．５不同種有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦容忍因子《［４４］逡逑１．２．２組分對晶體性能的影響逡逑有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦ａｂｘ３的屬性是結(jié)構(gòu)多功能性，通過結(jié)合不同種類的逡逑陰離子或者陽離子形成混合晶體結(jié)構(gòu)，使得材料物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生變化，逡逑包括晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)、帶隙、缺陷性質(zhì)、相位穩(wěn)定性等［４５］。對于有機(jī)金屬鹵化物鈣逡逑鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)來說，不同組分的離子半徑、占據(jù)空間的大小以及外層電子結(jié)構(gòu)逡逑等都會對其產(chǎn)生直接影響，而晶體分子內(nèi)部狀態(tài)和帶隙等則會隨著晶體結(jié)構(gòu)的變逡逑化而發(fā)生變化

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 魏靜;趙清;李恒;施成龍;田建軍;曹國忠;俞大鵬;;鈣鈦礦太陽能電池:光伏領(lǐng)域的新希望[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2014年08期

本文編號：2808596