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有机无机杂化钙钛矿的电磁特性与声子耦合性能研究

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有机无机杂化钙钛矿的电磁特性与声子耦合性能研究

作者：孙晨光哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

有机无机杂化钙钛矿材料以其优异的光吸收能力和良好的载流子传输特性备受关注,在太阳能电池、超导和光电探测等领域具有广泛的应用。钙钛矿半导体的光吸收、光载流子的弛豫复合以及电荷输运等超快过程是影响其光电性质和电磁特性的主... 详细信息

有机无机杂化钙钛矿材料以其优异的光吸收能力和良好的载流子传输特性备受关注,在太阳能电池、超导和光电探测等领域具有广泛的应用。钙钛矿半导体的光吸收、光载流子的弛豫复合以及电荷输运等超快过程是影响其光电性质和电磁特性的主要物理过程。超材料是一种人工设计制备的、对特定波段的电磁波有特殊响应机制的周期性结构材料,在超透镜、负折射和隐形等领域应用广泛。有研究表明,太赫兹波在特定的超材料传输时可以产生谐振,即超材料的间隙结构中存在强烈的场局部化和场增强,可以为材料的声子耦合现象提供条件。本文采用经济简便的溶液旋涂法制备了CHNHPb I材料的多晶薄膜,介绍了CHNHPb I薄膜的太赫兹传输特性以及超快特性。并使用光刻、淀积和剥离等工艺制备金属超材料,与CHNHPb I多晶薄膜结合后在太赫兹波段探究了强声子耦合现象,具体研究内容如下:1.使用溶液旋涂法制备了有机无机杂化钙钛矿CHNHPb I多晶薄膜,采用SEM、XRD、紫外-可见吸收光谱和PL测试等方法进行表征,研究不同工艺对样品结晶性与光电性能的影响。在此基础上,研究前驱体溶液中掺杂金属离子对钙钛矿薄膜的影响规律,通过优化工艺获得覆盖率高、结晶好的有机无机杂化钙钛矿薄膜。2.在高阻硅衬底和石英衬底上分别制备CHNHPb I薄膜,采用标准太赫兹时域系统对两个样品进行了太赫兹传输特性测试,即在连续激光泵浦下研究两种样品对太赫兹波传输的调谐能力。另外,利用超快泵浦太赫兹探测系统测试了钙钛矿薄膜的超快性能,解释了钙钛矿材料的弛豫过程,并且拟合出该过程中钙钛矿材料光电导率的变化规律。3.采用传统的微加工工艺在高阻硅衬底上制备了周期性的微米级金属超材料,研究了不同工艺参数(曝光能量和显影时间)对光刻图形的影响。优化制备工艺参数成功制备出图形标准的超材料,并分别测试裸超材料和覆盖有钙钛矿薄膜的超材料的太赫兹传输性能。在此基础上,采用电磁仿真软件建立器件模型,模拟不同条件下的钙钛矿超材料的太赫兹传输特性,并根据传输特性变化规律分析钙钛矿超材料的强声子耦合效应。

关键词：有机无机杂化钙钛矿电磁特性太赫兹超快声子耦合

有机无机杂化钙钛矿的制备及其光电磁性能研究

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有机无机杂化钙钛矿的制备及其光电磁性能研究

作者：方睿虔哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

近年来,有机无机杂化钙钛矿材料以其优异的光电性能,在光调控器件上得到广泛的应用。但是由于工艺限制,制备大面积质量均匀、结晶良好的有机无机杂化钙钛矿材料薄膜仍然是目前的研究难点。因此,本文针对该问题进行了相关研究,系统分析... 详细信息

近年来,有机无机杂化钙钛矿材料以其优异的光电性能,在光调控器件上得到广泛的应用。但是由于工艺限制,制备大面积质量均匀、结晶良好的有机无机杂化钙钛矿材料薄膜仍然是目前的研究难点。因此,本文针对该问题进行了相关研究,系统分析了该类钙钛矿材料的光学响应特性,并制备出有机无机杂化钙钛矿太赫兹超材料,实现了光动态调谐。研究内容如下:1.使用旋涂—化学气相沉积法来制备有机无机杂化钙钛矿材料,系统研究了前驱基底的制备方法对样品形貌的影响,通过原子力显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱、紫外吸收光谱等方法进行表征。成功获得了大面积、均匀、高质量的有机无机杂化钙钛矿薄膜。2.对有机无机杂化钙钛矿样品进行宽频光泵浦光探测以及500nm光泵浦太赫兹探测来探究其超快光响应特性。结果显示:宽频光探测下,在738nm以及496nm处产生了漂白信号,分别为表层价带以及深层价带至导带电子跃迁导致;太赫兹探测下,对比碘化铅超快响应特性得知496nm处的吸收大部分来自于残余的碘化铅晶体。分析两种测试系统下信号的衰变过程,得出光泵浦后激子产生与复合的机理:高速复合阶段主要由于单分子复合以及双分子复合导致,缓速复合阶段则主要是俄歇复合。3.使用软件对超材料单元结构进行设计,导入硅的复介电常数仿真得知该结构在0.408THz处产生LC谐振,通过改变表面材料的电导率实现动态调谐;依据仿真结果,在高阻硅衬底上制备出金膜超材料,并在这个基底上旋涂一层有机无机杂化钙钛矿薄膜,通过调整泵浦光功率进行调制,最大调制深度达到30%,与仿真结果基本一致。

关键词：有机无机杂化钙钛矿超快特性超材料太赫兹可调制

有机无机杂化钙钛矿材料的光发射与光电探测研究

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有机无机杂化钙钛矿材料的光发射与光电探测研究

作者：朱灿东南大学

学位级别：硕士

有机无机杂化钙钛矿是一种新型的半导体材料,其结构上通常是由有机组分和无机层状框架自组装形成,这种杂化结合的方式使得钙钛矿在配体材料选择上具有相当大的广泛度,选用不同的卤素或有机分子设计合成出不同性质的钙钛矿,能够实现材料... 详细信息

有机无机杂化钙钛矿是一种新型的半导体材料,其结构上通常是由有机组分和无机层状框架自组装形成,这种杂化结合的方式使得钙钛矿在配体材料选择上具有相当大的广泛度,选用不同的卤素或有机分子设计合成出不同性质的钙钛矿,能够实现材料的形貌控制、发光调控以及不同功能器件的设计,因此材料组分的选取和合成路线的设计有利于进一步对钙钛矿性质的研究。目前钙钛矿材料的研究中,对于有机无机杂化钙钛矿材料的成核生长机制还不够清楚,为了更好地认识其结晶过程,我们采用溶液法生长的方法分别合成了 CHNHPbI钙钛矿微米线和CHNHPbBr钙钛矿微米块,研究了钙钛矿的成核生长过程。在材料制备的基础上,分别研究了 CHNHPbBr钙钛矿的光发射性能以及CHNHPbI钙钛矿的光电转换特性。具体结论如下:(1)采用溶液蒸发法合成了 CHNHPbI钙钛矿微米线,在结晶过程中引入反溶剂CH2C12控制蒸发过程中的生长成核,形貌结构表征显示多晶微米线尺寸均一,为四方相钙钛矿结构。(2)研究了在不同退火温度下的CHNHPbI微米线的形貌和性质,提出了CHNHPbI钙钛矿微米线的基于PbI2框架生长的结构模型,并解释了不同退火温度阶段对应的钙钛矿微米线的化学组成和形貌演变规律。(3)在CHNHPbI钙钛矿微米线合成基础上,利用其高效光吸收性能,在叉指电极上原位生长的方式,构建了基于钙钛矿微米线的光电探测器,实现对可见光的高灵敏响应,器件开关比达到1.05X104,光响应度为0.97 AW-1,响应时间的上升沿和下降沿分别为0.2 ms和0.25 ms。(4)合成了 CHNHPbBr钙钛矿微米块,观察到微米块材料中的放大自发辐射现象,并进一步地实现了低阈值的回音壁模式微腔激光,研究了激光模式与尺寸之间的关系。

关键词：有机无机杂化钙钛矿成核结晶光电探测微腔激光

有机无机杂化钙钛矿在发光二极管中的应用研究

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有机无机杂化钙钛矿在发光二极管中的应用研究

作者：刘庆卫苏州大学

学位级别：硕士

有机-无机钙钛矿是一类重要的材料,它具有较长自由载流子扩散长度,高电荷载流子迁移率,可调谐带隙,高荧光量子产率（PLQY）和溶液加工特性,在钙钛矿光伏发电中,功率转换效率在5年的深入研究中已经增加到22.7%。同时钙钛矿材料也具有出... 详细信息

有机-无机钙钛矿是一类重要的材料,它具有较长自由载流子扩散长度,高电荷载流子迁移率,可调谐带隙,高荧光量子产率（PLQY）和溶液加工特性,在钙钛矿光伏发电中,功率转换效率在5年的深入研究中已经增加到22.7%。同时钙钛矿材料也具有出色的色纯度,高亮度和高迁移率等特点,因此钙钛矿材料在发光二极管领域也备受期待。但是钙钛矿发光二极管（PeLED）仍然面对很多挑战:1)需要进一步提高器件效率,以满足并超越有机LED（OLED）和无机量子点LED;2)需要进一步提升器件稳定性。鉴于以上问题,本论文主要研究有机-无机准二维钙钛矿薄膜的结晶动力学对于PeLED器件性能的影响,从界面修饰层调控、器件电荷注入以及器件结构设计等方面入手,多角度分析了钙钛矿活性层与器件性能之间的联系,为提升PeLED的器件效率和克服钙钛矿低稳定性提供了新的研究思路。首先我们在空穴传输层和钙钛矿薄膜之间引入甜菜碱界面修饰层,其可以控制空穴传输层的表面润湿性质并进一步增加结晶成核位点,最终形成均匀的薄膜和较小的晶粒尺寸。由于晶粒尺寸的限制,沉积在PEDOT:PSS/HTL/BL上的钙钛矿薄膜展示了 84.5meV的高激子结合能（Eb）,使荧光性能得到明显提升。通过使用甜菜碱作为界面修饰层,相应的PeLED电流效率和EQE显著增强。此外,钙钛矿总是受到差的运行稳定性和脆弱的化学稳定性困扰,特别是暴露于氧气和水分之后。这些劣势我们可以通过适当的封装来解决。然而,诸如离子迁移,相分离和电致伸缩等固有的属性却几乎不能克服。上述问题在大电场下还会加速发生.,最终导致器件失效。在本论文中,我们采用界面指示计来直接揭示漏电位置,并根据界面漂移电流比来定量讨论界面俄歇复合（IAR）和边界条件（界面多子耗尽和界面少子缺陷模型）。基于以上理解,我们可以可控地调节IAR现象。最后,得益于降低的工作电压和良好的性能,俄歇辅助的钙钛矿LED表现出了出色的工作稳定性,在1000cd/m2亮度下T50超过1 1小时,比标准器件长10倍。通过把俄歇复合和电子注入阈值结合在一起,我们实现了复合区域的自调节（RRSa）。这样的情况下,器件即使在30000 cd/m2下也展现出了可以忽略的滚降。这项工作不仅深入了解了 IAR,而且为进一步推动PeLED的商业化迈出了一步。

关键词：有机无机杂化钙钛矿发光二极管界面工程低电压开启俄歇复合

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有机无机杂化钙钛矿样品的扫描电镜成像探讨

分析仪器 2022年第3期 85-89页

作者：周宏敏温晓镭储胜龙李明付圣权黄健柳中国科学技术大学理化科学实验中心中国科学技术大学微纳研究与制造中心中国科学技术大学物理学院合肥230026 卡尔蔡司(上海)管理有限公司研究显微镜解决方案事业部上海200131

有机无机杂化钙钛矿(Organic-inorganic hybrid perovskites,OIHP)由于易受电子辐射损伤,在利用电镜对其进行材料学研究分析时具有一定的局限性。在利用透射电镜对其分析时建议使用高加速电压,但在利用扫描电镜分析时有建议用高加速电压... 详细信息

有机无机杂化钙钛矿(Organic-inorganic hybrid perovskites,OIHP)由于易受电子辐射损伤,在利用电镜对其进行材料学研究分析时具有一定的局限性。在利用透射电镜对其分析时建议使用高加速电压,但在利用扫描电镜分析时有建议用高加速电压,也有建议用低加速电压,观点不一。本研究以有机无机杂化钙钛矿MAPbBr3为代表样品,对OIHP利用扫描电镜成像条件进了探讨。

关键词：有机无机杂化钙钛矿辐射损伤扫描电镜

有机无机杂化钙钛矿单晶超低热导与超高热膨胀

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有机无机杂化钙钛矿单晶超低热导与超高热膨胀

第五届新型太阳能电池学术研讨会

作者：胡明钰葛春宇冯晶昆明理工大学

有机无机杂化钙钛矿器件的工作稳定性一直是阻碍其商业化的重要因素,相信由于封装技术的发展,外部因素终将得到解决,因此对于材料和结构本身的固有稳定性的研究变得非常重要。杂化钙钛矿材料的热学性能包括热导率和热膨胀系数就是这样... 详细信息

有机无机杂化钙钛矿器件的工作稳定性一直是阻碍其商业化的重要因素,相信由于封装技术的发展,外部因素终将得到解决,因此对于材料和结构本身的固有稳定性的研究变得非常重要。杂化钙钛矿材料的热学性能包括热导率和热膨胀系数就是这样的固有性质。目前报道的MAPbX(MA=CHNH,X=Cl,Br,I)的热导率和热膨胀系数在数值上存在较大争议,这并不利于进一步解决热学性质对器件稳定性能影响。我们虽然不是第一次报道MAPbX的热导率和热膨胀系数,但我们的确是首次利用MAPbX单晶系统探讨了三种杂化钙钛矿在室温及以上温度范围的热学性质,且所用测试方法均为商业化测试方法,数据可靠。实验结果发现,三种杂化钙钛矿热导极低,热膨胀极高。特别是MAPbI,其热导仅有0.3W·m·K,四方相热膨胀系数50×10K左右,立方相热膨胀系数40×10左右,相变时的热膨胀系数更大于200×10K。通过实验与理论计算分析,我们认为Pb-X较弱的化学键合导致的低的声子速度,是其低热导与高热膨胀的主要原因,有机离子的存在可进一步降低钙钛矿材料的热导,但并不是其低热导的决定因素。我们推测含有Pb/Sn-X化学键的材料,即使是非钙钛矿结构,可能同样具有较低的热导。通过对比发现,GaAs、CdTe、CuInGaSe这些吸光层均与电子传输层一侧的材料热膨胀系数匹配较好,且这些材料的热导率均较高,散热良好;而MAPbX与上述材料的热导、热膨胀均相差较大,这对钙钛矿器件设计来说是一种挑战。

关键词：有机无机杂化钙钛矿热导率热膨胀系数稳定性

来源： cnki会议评论

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有机无机杂化钙钛矿制备方法综述

广西物理 2022年第3期43卷 4-7页

作者：代汶均北京师范大学北京100875

随着有机无机杂化钙钛矿薄膜优异的光电性能被发现和应用,有机无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法成为关注焦点。本文主要介绍了有机无机杂化钙钛矿的晶体结构,并介绍了旋涂法、化学气相沉积法、刮涂法、喷涂法、喷墨打印法共五种薄膜制备方... 详细信息

随着有机无机杂化钙钛矿薄膜优异的光电性能被发现和应用,有机无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法成为关注焦点。本文主要介绍了有机无机杂化钙钛矿的晶体结构,并介绍了旋涂法、化学气相沉积法、刮涂法、喷涂法、喷墨打印法共五种薄膜制备方法,最后进行了总结展望。

关键词：有机无机杂化钙钛矿晶体结构制备方法

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的光照稳定性研究

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有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的光照稳定性研究

有机无机杂化钙钛矿材料的结晶行为及稳定性研究

第五届新型太阳能电池学术研讨会

作者：黄绵吉龚水平邵君赵庆宝陈宗琦杨松旺中国科学院上海硅酸盐研究所绿色光电转换技术研发项目部

近年来,有机无机杂化钙钛矿太阳电池的研究取得了快速的发展,并成为了太阳能电池研究领域的关注焦点。钙钛矿太阳能电池有两大重要的技术指标,一个是电池的光电转化效率,另一个是电池的稳定性。在电池的光电转化效率方面,近年来报道的... 详细信息

近年来,有机无机杂化钙钛矿太阳电池的研究取得了快速的发展,并成为了太阳能电池研究领域的关注焦点。钙钛矿太阳能电池有两大重要的技术指标,一个是电池的光电转化效率,另一个是电池的稳定性。在电池的光电转化效率方面,近年来报道的钙钛矿太阳能电池的最高光电转化效率记录被不断刷新,从最初的3.8%提高到了如今的23.3%,超越了多晶硅太阳能电池的光电转化效率记录。然而在钙钛矿太阳能电池稳定性方面,当前的研究工作相对不足,这也是钙钛矿太阳能电池在发展过程中必须要解决的问题。钙钛矿电池稳定性中存在光照稳定性问题,在制备钙钛矿太阳能电池器件时,电池结构中的致密层或介孔曾通常使用的是二氧化钛材料,二氧化钛在紫外光作用下会产生额外的光生空穴,这些光生空穴是强氧化性的,能够造成钙钛矿光敏材料发生分解,导致钙钛矿太阳能电池效率随着光照而下降。我们在实验中发现在经受相同光照条件下,当在钙钛矿太阳能电池结构中加入一层无机间隔层后,电池的光照稳定性不但不降低,反而进一步提升。

关键词：有机无机杂化钙钛矿太阳能电池光稳定性

来源： cnki会议评论

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有机无机杂化钙钛矿材料的结晶行为及稳定性研究