因其優(yōu)異的物理性質(zhì),如:直接帶隙、帶隙可調(diào)、載流子壽命長、缺陷容忍度高、載流子遷移率高等,有機無機雜化鈣鈦礦體系材料在太陽能電池(PSCs)、發(fā)光二極管(PeLED)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前,在PSCs領(lǐng)域,平面層結(jié)構(gòu)鈣鈦礦光電器件中的金屬電極向鈣鈦礦層中擴散并損傷薄膜結(jié)構(gòu)降低器件穩(wěn)定性。在PeLED領(lǐng)域,無機鹵化物在有機溶劑中的溶解度有限,增大了器件的制備難度;同時柔性PeLED器件的發(fā)光效率有待提高。針對以上問題,本論文從材料制備和器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化等角度入手,提升鈣鈦礦光電器件的光電性能。本論文主要的研究內(nèi)容分為三方面:(1).在反式結(jié)構(gòu)PSCs中,引入超薄金屬鈦(Ti)層取代有機電子傳輸層制備高效PSCs。X射線光電子能譜(XPS)和X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)(XANES)分析表明:鈣鈦礦和Ti層界面處的Ti原子和鈣鈦礦中氮(N)原子形成Ti-N鍵層。這將固定鈣鈦礦層界面的甲胺基團(MA+)并維持界面穩(wěn)定。同時,低擴散的Ti層作為元素阻擋層將阻礙金屬原子向鈣鈦礦層擴散。光伏性能測試表明,使用Ti(1Onm)作為電子傳輸層的PSCs器件最高光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)可達到18.1%。(2)....

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鈣鈦礦光電器件的研究背景、發(fā)展
        1.2.1 鈣鈦礦太陽能電池
        1.2.2 鈣鈦礦發(fā)光二極管
    1.3 鈣鈦礦材料的種類和性質(zhì)
    1.4 鈣鈦礦光電器件的原理和性能參數(shù)
        1.4.1 鈣鈦礦太陽能電池
        1.4.2 鈣鈦礦LED
    1.5 鈣鈦礦光電器件結(jié)構(gòu)
    1.6 鈣鈦礦光電器件的制備工藝
        1.6.1 一步旋涂法
        1.6.2 兩步旋涂法
        1.6.3 氣相沉積法
        1.6.4 刮涂法
    1.7 其他鈣鈦礦光電器件
        1.7.1 鈣鈦礦光探測器
        1.7.2 鈣鈦礦激光器
        1.7.3 鈣鈦礦光信息存儲
        1.7.4 鈣鈦礦閃爍體
    1.8 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 實驗儀器、蒸鍍和表征設(shè)備
    2.1 實驗儀器
    2.2 蒸鍍設(shè)備
        2.2.1 電子束蒸發(fā)系統(tǒng)
        2.2.2 熱蒸發(fā)系統(tǒng)
    2.3 表征測試設(shè)備
        2.3.1 X射線衍射儀
        2.3.2 掃描電子顯微鏡
        2.3.3 紫外可見分光光度計
        2.3.4 穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀
        2.3.5 原子力顯微鏡
        2.3.6 透射電子顯微鏡
        2.3.7 X射線光電子能譜
        2.3.8 X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)
        2.3.9 阻抗譜
        2.3.10 積分電流測試
        2.3.11 太陽能電池J-V測試
        2.3.12 發(fā)光二極管EQE測試
第3章 插入鈦層制備高效鈣鈦礦太陽能電池
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗材料和試劑
        3.2.2 MAI的合成
        3.2.3 ITO的刻蝕
        3.2.4 溶液的配制
        3.2.5 鈣鈦礦薄膜的制備
        3.2.6 鈣鈦礦太陽能電池的制備
    3.3 結(jié)果與分析
        3.3.1 器件結(jié)構(gòu)和形貌表征與分析
        3.3.2 Ti-N鍵形成的機理解釋
        3.3.3 鈦插入層抑制陰極金屬擴散
        3.3.4 鈣鈦礦器件的電學(xué)測試與分析
        3.3.5 鈣鈦礦器件的穩(wěn)定性測試
    3.4 本章小結(jié)
第4章 雙源共蒸制備綠光鈣鈦礦發(fā)光二極管
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗材料和試劑
        4.2.2 MABr與PMABr的合成和提純
        4.2.3 溴鈣鈦礦溶液的配制
        4.2.4 空穴傳輸層和鈣鈦礦層的旋涂
        4.2.5 溴鈣鈦礦發(fā)光層的蒸鍍制備
    4.3 MAPbBr₃薄膜物相調(diào)控和分析
        4.3.1 MABr蒸發(fā)速度對鈣鈦礦組分的影響
        4.3.2 研究退火條件對鈣鈦礦組分的影響
    4.4 甲胺鉛溴LED的發(fā)光效率調(diào)控和優(yōu)化
        4.4.1 襯底加熱對器件效率的影響
        4.4.2 MABr蒸發(fā)速度對器件效率的影響
        4.4.3 研究退火條件對器件效率的影響
        4.4.4 長鏈基團對器件效率影響的研究
        4.4.5 襯底修飾對器件效率影響的研究
        4.4.6 結(jié)論
    4.5 全無機PeLED器件的制備和優(yōu)化
        4.5.1 研究CsBr含量對薄膜結(jié)構(gòu)的影響
        4.5.2 CsBr含量對器件效率的影響
        4.5.3 空穴注入層對器件效率的影響
        4.5.4 研究PbBr₂厚度的影響
        4.5.5 研究后退火條件的影響
        4.5.6 蒸鍍CsCl優(yōu)化器件效率的研究
        4.5.7 旋涂PMABr優(yōu)化器件效率的研究
        4.5.8 結(jié)論
    4.6 本章小結(jié)
第5章 柔性FA_0.83Cs_0.17Pb(I_0.9Br_0.1)₃LED的制備
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 實驗材料和試劑
        5.2.2 FPMAI的合成和提純
        5.2.3 溶液的配制
        5.2.4 多層膜的旋涂工藝
    5.3 結(jié)果與分析
        5.3.1 FET層的優(yōu)化
        5.3.2 長鏈基團組分調(diào)控的研究
        5.3.3 退火條件的優(yōu)化
        5.3.4 不同襯底的器件效率變化的研究
        5.3.5 柔性襯底的光學(xué)性質(zhì)影響
        5.3.6 柔性器件彎折測試的研究
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號：3742078