金银合金纳米三角盒对二维层状钙钛矿太阳电池和光电探测器的性能研究

作     者：韩娜 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冀婷

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0803[工学-光学工程] 

主      题：二氧化硅包覆的金银合金纳米三角盒 二维层状钙钛矿 太阳电池 光电探测器 

摘      要：有机-无机杂化钙钛矿材料因其优异的光电性能及低廉的制作成本已成为目前光电领域的明星材料,在太阳电池、光电探测器等多个领域有着光明的应用前景。传统三维钙钛矿材料的不稳定限制了其广泛应用,而二维层状钙钛矿材料由于加入了疏水的有机阳离子可视为对传统的“钙钛矿层进行了纳米尺度的封装从而增加了材料的稳定性。在本论文中我们首先制备了基于二维层状钙钛矿(PEA)(MA)PbI的太阳电池并研究了其性能。发现二维钙钛矿太阳电池的能量转化效率较低(约3.40%)。研究表明,将贵金属纳米颗粒掺杂在三维钙钛矿、有机太阳电池中可以通过提高光吸收和激子解离率来提高能量转化效率(PCE)。这里,我们首次将二氧化硅包覆的金银合金纳米三角盒(AuAgNPrisms@SiO)掺杂于二维层状钙钛矿器件中,并取得了良好的效果。与标准器件相比,掺入AuAg NPrisms@SiO器件的PCE增加34.1%,短电流密度(J)增加32.8%。实验结果表明,AuAgNPrisms@SiO的掺入不仅增加了活性层中的光吸收,而且还改善了(PEA)(MA)PbI与PCBM界面处的激子解离。此外,AuAgNPrisms@SiO还可以改善(PEA)(MA)PbI钙钛矿薄膜的结晶质量。并且制备的AuAgNPrisms@SiO掺入二维层状钙钛矿太阳电池比三维钙钛矿电池稳定,并且在52%相对湿度下在空气环境中暴露288小时(12天)后,未封装的器件降解至其原始值的50%。接着将AuAg NPrisms@SiO掺入二维层状钙钛矿光电探测器,实验结果表明在-0.3 V的低驱动电压下在505 nm LED、强度为1.8 nW的光照下有14974.2%的EQE,R和D分别达到60.8 A/W和2×1044 Jones,实现了弱光检测。通过在空穴传输层和二维层状钙钛矿活性层之间的界面处掺入AuAgNPrism@SiO,EQE、R和D在300 nm至750 nm的波长范围内明显增加。器件性能的提高归因于二维层状钙钛矿层中的吸收增强、激子解离率更高及界面处的电荷复合减少。这项工作提供了一种改善基于二钙钛矿的光电探测器和太阳电池性能的方法。