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激光与光电子学进展 2019年第7期56卷 15-30页

作者：韩娜冀婷崔艳霞李国辉张恒康郝玉英太原理工大学物理与光电工程学院新型传感与智能控制教育部重点实验室山西太原030024

介绍了二维层状钙钛矿材料的晶体结构及其基本光电特性;总结了二维层状钙钛矿材料在太阳电池、发光二极管、光电探测器等领域的最新应用;指出该类材料目前存在的主要问题和发展前景,以期为高性能二维层状钙钛矿光电器件的设计和制备提... 详细信息

介绍了二维层状钙钛矿材料的晶体结构及其基本光电特性;总结了二维层状钙钛矿材料在太阳电池、发光二极管、光电探测器等领域的最新应用;指出该类材料目前存在的主要问题和发展前景,以期为高性能二维层状钙钛矿光电器件的设计和制备提供参考。

关键词：材料二维层状钙钛矿太阳电池发光二极管光电探测器

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二维层状钙钛矿中的Rashba效应研究

二维层状钙钛矿中的Rashba效应研究

作者：谢镕镕湖南大学

学位级别：硕士

Rashba效应作为自旋电子器件中产生、操控和探测自旋自由度的基本机制之一,在下一代自旋电子学中有着广泛的应用前景。此外,基于Rashba效应的材料体系也为实现拓扑超导和量子信息处理提供了一个极具潜力的研究平台。目前在多种材料及异... 详细信息

Rashba效应作为自旋电子器件中产生、操控和探测自旋自由度的基本机制之一,在下一代自旋电子学中有着广泛的应用前景。此外,基于Rashba效应的材料体系也为实现拓扑超导和量子信息处理提供了一个极具潜力的研究平台。目前在多种材料及异质结体系中观测到了Rashba自旋劈裂,其中金属卤化物钙钛矿材料由于其强的自旋轨道耦合（SOC）效应而有望成为一种新型的Rashba材料,特别是二维层状钙钛矿材料因其具有天然的量子阱结构、更大程度的结构对称性破缺以及良好的稳定性,被认为是研究Rashba效应的理想材料体系。然而,目前对于该体系中Rashba效应的研究,大多采用传统的二维（2D）Rashba模型来解释,相关研究聚焦于如何提高Rashba自旋劈裂的程度,而很少有研究关注于Rashba自旋劈裂的方向,因此对其Rashba效应来源的微观机理仍不明确。除此之外,Rashba效应与材料结构及其层数之间的依赖关系也尚不清晰。基于此,本论文以二维层状钙钛矿材料（AMP）(MA)Pb_nI(AMP=4-（aminomethyl）piperidinium;MA=methylammonium;n=1,2,3)为主要研究对象,系统研究了该体系中的Rashba效应及其微观机理,并探索了其与层数之间的依赖关系。具体研究内容如下:（1）利用水溶液法成功制备了二维层状钙钛矿（AMP）Pb I,并在该钙钛矿中发现了显著的Rashba效应。通过稳态变功率荧光（PL）光谱和瞬态动力学过程表征,发现该体系中的荧光双峰是由Rashba效应引起的能带劈裂所致。利用变温PL光谱及圆偏振PL光谱观测到在（AMP）Pb I中存在较高的圆偏振度,进一步表明该体系中存在明显的Rashba自旋劈裂,并阐明了其温度依赖性是由该体系中动态的结构对称性破缺(无机八面体[Pb I]晶格畸变)和结构对称性恢复（AMP有机分子结构重构）这两过程相互竞争所致。（2）基于密度泛函理论计算和分子动力学模拟系统研究了（AMP）Pb I中Rashba效应的微观来源。研究结果从理论上进一步验证了实验上所观测到的Rashba效应,并发现其Rashba能带劈裂发生在三维（3D）方向上,表明该体系同时存在面内和面外结构对称性破缺,因此传统的二维Rashba模型已不再适用,由此提出了三维Rashba哈密顿量模型。通过对自旋极化的分析验证了该模型的合理性,并发现（AMP）Pb I中的Rashba自旋劈裂主要由面外自旋极化分量所主导,而不是通常认为的面内自旋极化分量,表明该体系中存在很强的面内结构对称性破缺所致的晶体场。进一步,分子动力学模拟表明（AMP）Pb I中的Rashba效应是静态Rashba效应和动态Rashba效应共同作用的结果,且零温以上的Rashba效应主要由动态Rashba效应所主导。（3）基于以上工作,进一步研究了二维层状钙钛矿（AMP）(MA)Pb_nI中Rashba效应的层数依赖特性及其微观机理。通过水溶液法制备了（AMP）(MA)PbI（n=2）和（AMP）(MA)PbI（n=3）钙钛矿,利用变功率PL,变温PL以及圆偏振PL测试,证实了Rashba效应的存在,但相比（AMP）Pb I（n=1）,其Rashba能带劈裂程度要小得多。整个体系的Rashba效应呈现出层数依赖性,即n=1存在最大的Rashba能带劈裂,n=3次之,n=2最小。进一步通过理论计算,验证了实验上所观测到的层依赖性,同时（AMP）(MA)Pb_nI（n=2和n=3）体现出不同于（AMP）Pb I（n=1）的自旋劈裂行为,其自旋极化以面内自旋分量为主。

关键词：二维层状钙钛矿 Rashba效应自旋轨道耦合效应自旋劈裂 3D Rashba模型自旋极化

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

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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...

作者：韩娜太原理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

基于二维层状钙钛矿(BA)2MAPb2Br7单晶的构筑研究

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基于二维层状钙钛矿(BA)2MAPb2Br7单晶的构筑研究

第九届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：李盼盼张东宁魏香凤刘节华合肥工业大学未来能源实验室

最近,引入长有机链的二维层状钙钛矿已被研究为光电探测器的新方向,这是因为它们具有优异的光物理特性、结构灵活性和较高的环境稳定性[1]。(BA)MAPbBr光电探测器对光的吸收主要局限于波长小于470 nm的波段,其具有较宽的带隙约为2.55eV[... 详细信息

最近,引入长有机链的二维层状钙钛矿已被研究为光电探测器的新方向,这是因为它们具有优异的光物理特性、结构灵活性和较高的环境稳定性[1]。(BA)MAPbBr光电探测器对光的吸收主要局限于波长小于470 nm的波段,其具有较宽的带隙约为2.55eV[2],目前,其响应度可达31.1 mA W[3]。除此之外,在二维钙钛矿中引入有机间隔阳离子(BA)将阻碍氧气和水的侵入,与三维钙钛矿相比,二维层状结构有效地防止晶体被空气中的水和氧气破坏[4]。我们通过硅油覆盖法生长了二维层状(BA)MAPbBr单晶薄片,其层状结构扫描图如图1a,单晶性能如图1b。在偏压为3V,光源波长为425 nm的情况下,我们对构筑的(BA)MAPbBr单晶的光电探测器进行了其物理性能和光电性能的研究,其响应度和比探测率相对与之前报道过的(BA)MAPbBr器件高约5倍,以上结论说明了我们的器件具有优异的光电性能。

关键词：二维层状钙钛矿硅油法单晶

来源： cnki会议评论

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界面掺杂方法在钙钛矿太阳电池中的应用

界面掺杂方法在钙钛矿太阳电池中的应用

作者：薛叶斌吉林大学

学位级别：硕士

钙钛矿太阳电池是近年来发展的一种高效薄膜光伏器件,具有光谱响应范围可调、可以采用溶液工艺制备等独特优势,目前已成为光电器件领域的研究热点。高质量的钙钛矿太阳电池有赖于对吸光层的有效调控,本论文采用界面修饰掺杂方法,改善了H... 详细信息

钙钛矿太阳电池是近年来发展的一种高效薄膜光伏器件,具有光谱响应范围可调、可以采用溶液工艺制备等独特优势,目前已成为光电器件领域的研究热点。高质量的钙钛矿太阳电池有赖于对吸光层的有效调控,本论文采用界面修饰掺杂方法,改善了HC(NH)PbI和CsPb I吸光层的性能,具体研究内容如下:(1)在HC(NH)PbI(FAPb I)作为吸光层的钙钛矿太阳电池中,掺杂一价阳离子对于稳定FAPb I的钙钛矿晶体结构十分必要,铯离子可用于消除晶格的张力,从而提高FAPb I器件的稳定性和光伏性能。在本论文中,我们通过界面掺杂的方法,制备了铯掺杂FAPb I钙钛矿,并以此为基础制备了器件。这种界面掺杂方法与之前报道的溶液混合掺杂的方法不同。通过元素分析显示,在钙钛矿的表面无法探测出掺杂元素铯,说明Cs主要分布在TiO/FAPb I的界面附近,避免了因引入Cs离子而导致的光吸收边蓝移现象。在溶液混合掺杂中,Cs离子分布在整个吸光层中。。实验发现,掺入量不同,吸光层性能也不同。在优化的条件下,器件的光电转换效率可以达到17.1%,表现出比未经铯掺杂的器件或使用溶液混合掺杂制备的器件更优异的光伏性能。(2)前期报道表明,二维层状钙钛矿材料EDAPbI可以与三维钙钛矿材料CsPbI组成2D/3D混合钙钛矿材料,有效提高CsPb I钙钛矿吸光层的晶粒尺寸,改善CsPbI钙钛矿器件的光伏性能。界面修饰方法是调控薄膜性能常用的手段,在本论文中,我们通过在TiO/CsPbI界面引入二维层状EDAPb I材料,通过界面掺杂过程,获得了局部2D/3D混合钙钛矿层,并组装了平面结钙钛矿器件。通过优化EDAPbI界面修饰层的厚度,改善了CsPbI器件的光伏性能。

关键词：钙钛矿太阳电池界面掺杂二维层状钙钛矿 HC(NH2)2Pb I3 CsPbI3

基于高介电常数氧化物钙钛矿晶体管的制备研究

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基于高介电常数氧化物钙钛矿晶体管的制备研究

作者：郝运晗电子科技大学

学位级别：硕士

金属卤化物钙钛矿杰出的光电性能和简单的可扩展加工性使其在发光二极管和太阳能电池等领域受到普遍关注。二维钙钛矿材料具备层状结构和相对较大的有机阳离子,可用于需要水平电荷传输的场效应晶体管中有效抑制离子迁移并提高稳定性。同... 详细信息

金属卤化物钙钛矿杰出的光电性能和简单的可扩展加工性使其在发光二极管和太阳能电池等领域受到普遍关注。二维钙钛矿材料具备层状结构和相对较大的有机阳离子,可用于需要水平电荷传输的场效应晶体管中有效抑制离子迁移并提高稳定性。同时,传统上使用二氧化硅为TFT介电层,为减小晶体管的尺寸常从减小介质层厚度出发,既增加电容又提高器件的载流子迁移率。过薄的介质层往往会导致量子隧穿效应,影响晶体管性能。高介电常数氧化物作为介电层可以有效避免量子隧穿效应。论文具体内容分为以下三方面:使用ALD于P掺杂的单晶硅上制备了AlO薄膜,利用AFM、SEM、XPS、XRD和相关介电性能实验探究积温度和循环周期对制成样品的材料特性、物相组成、薄膜形貌、电学特性的影响。研究表明,使用ALD技术制备的AlO薄膜平整度较好,薄膜为非晶态存在。沉积温度主要对样品薄膜的介电常数数值和泄露电流密度产生影响,沉积温度越高,介电常数增大,漏电流密度减小。沉积循环数与薄膜厚度呈线性相关。当工艺参数为沉积温度225℃、沉积循环250 cycles时,薄膜的介电常数为7.33。使用一步旋涂法制备(PEA)SnI钙钛矿薄膜,观察前驱体溶剂配比、退火温度、旋涂转速等因素对于薄膜形貌、结晶性和光学性能的影响。利用溶剂法对(PEA)SnI钙钛矿薄膜结晶进行调控,通过SEM、UV-vis、XRD等手段表征薄膜,实验结果表明,在传统的前驱体溶剂N,N—二甲基甲酰胺(DMF)加入氯苯(CB)溶剂有利于钙钛矿溶液成核和成膜。相对于使用纯DMF或DMF与DMSO混合溶液,加入一定体积氯苯溶液制备的钙钛矿薄膜更加致密平整,对光的吸收强度更高。在DMF溶液中加入适量CB条件下薄膜成膜平整光滑,厚度约为100 nm,适用于制备薄膜场效应晶体管。采用原子层沉积法(ALD)制备的高介电常数材料AlO代替常用的Si O作为介电层,(PEA)SnI钙钛矿作为有源层制备高性能光电晶体管。在此基础上制备晶体管。载流子迁移率有明显提升,对光的响应也有所增强。最佳性能参数薄膜晶体管载流子迁移率达3.3 cm2 V-1 s-1,电流开/关比提升至10。光响应参数为1.3×10 AW。

关键词：原子层沉积二维层状钙钛矿薄膜晶体管钙钛矿