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卤化物铯锡钙钛矿薄膜光电性质的研究

卤化物铯锡钙钛矿薄膜光电性质的研究

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作者：曹蓉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

卤化物铅基钙钛矿有着很优异的光电性能,它在太阳能电池,发光二极管,和激光器等方面都已经得到了广泛的应用,但是其化学成分中存在着有毒铅(Pb),所以人们希望开发具有优异的光电性能的对环境无害的无铅卤化物钙钛矿。Pb基钙钛矿优异的... 详细信息

卤化物铅基钙钛矿有着很优异的光电性能,它在太阳能电池,发光二极管,和激光器等方面都已经得到了广泛的应用,但是其化学成分中存在着有毒铅(Pb),所以人们希望开发具有优异的光电性能的对环境无害的无铅卤化物钙钛矿。Pb基钙钛矿优异的光电特性来源于Pb的最外层6s孤对电子,而Sn也具备外层孤对电子5s,并且离子半径和电子组态也与Pb相似。并且卤化物锡基钙钛矿的禁带宽度更接近Shockley-Queisser极限,理论上更适合PSC(钙钛矿型太阳能电池)的应用。更重要的是,Sn离子会降解为生态友好的Sn O,对环境危害比Pb要小得多。基于此,我们用脉冲激光沉积(PLD)技术在不同的基片上沉积卤化物锡基钙钛矿,研究其发光和光电性质,为之后进一步探索光电器件做准备。首先利用脉冲激光沉积技术分别在Sr Ti O、Mica、Si、Si O、La Al O、AlO基片上生长出高质量的CsSnBr薄膜。所有CsSnBr薄膜的PL峰位在695 nm左右,禁带宽度约1.78 e V。CsSnBr薄膜的载流子寿命高达到6.01 ns,说明薄膜的固有缺陷和其他非辐射符合通道很少。随着温度的降低薄膜PL峰位3.11 nm的微小的红移表明薄膜的缺陷很少,质量稳定。计算得到在绝缘体上CsSnBr薄膜的载流子迁移率在20 cm·V·S到100 cm·V·S之间,在Si基片上的薄膜的载流子迁移率达到了1300 cm·V·S,表明了CsSnBr与Si之间界面状态良好,CsSnBr/Si异质结的纵向光伏中有高达1 V开路电压。利用I离子掺杂来调控CsSnBr薄膜的带隙宽度。在Si O,AlO基片上沉积了Cs Sn BrI(x=0和1.5)薄膜,进行了物相表征和光学特性的测试,PL峰位分别在951 nm和814 nm,禁带宽度分别为1.38 e V和1.53 e V,Cs Sn BrI(x=0,1.5和3)的发光谱在从可见光到近红外区域的宽范围内可调。Cs Sn I/n-Si的纵向I-V曲线表明两者没有形成异质结,而是形成了欧姆接触。在CsSnBr中掺4%的Eu,通过替换金属阳离子来获得相对稳定且多色发射的薄膜。在Si O基片上沉积了0.04Eu-CsSnBr薄膜,进行了物相表征,0.04Eu-CsSnBr薄膜的PL峰位分别在480 nm和690 nm,其中480 nm的宽峰来自Eu的4f5d→4f跃迁,690 nm的峰来自CsSnBr薄膜的本征跃迁。

关键词：卤化物铯锡钙钛矿光致发光光伏效应脉冲激光沉积

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