卤化物钙钛矿量子点材料的光电应用.docx

本科毕业论文卤化物钙钛矿量子点材料的光电应用摘要近年来，卤化物钙钛矿材料不仅在光伏领域中取得空前的成功，而且在其他光电器件领城中也显示出巨大潜力其中,无机卤化物钙钛矿(CSPbX3X=C1.Br.I)量子点(QDS)由于具有高亮度、可调发射波长、高色纯度和高缺陷容忍度等优异的光学特性，在低成本光源和显示领域中展现出巨大应用潜力，因此引起了广泛的研究兴趣。尽管钙钛矿材料在各个象域的应用前景广阔，但材料稳定性差这一缺陷成为它们商业应用的巨大障碍。金屈卤化物钙钛矿作为优良的光电材料，具有简单的制作工艺、可调的带隙、优异的电荷转移、高的理论光电转换效率等优点，已经成为新的革命性的光电半导体，在各种领域都深受研究者的关注。钙钛矿太阳能电池更是通过各种各样的构造和改良，在效率上表现出前所未有的进步，在经过几年的积极研究之后，从多个研究小组中都获得了i达20%的转化效率，已经达到了最先进的铜锢钱(CIGS)太阳能电池的性能水平，并且正在接近商业化的单晶睢太阳能电池转化效率。一般太阳能电池的工作过程可分为光吸收、电荷分离、电荷传输和电荷收集。而向化物钙钛矿作为太阳能电池中重耍的光吸收材料，当能量大于其禁带宽度的入射光照射钙钛矿材料时，激发出电子空穴对，并且这种激发子的结合很弱，室温下就很容易分离，产生自由移动的电子和空穴，这使之成为近几年的研究热点。此外，小尺寸的钙钛矿纳米材料由于其量子限域效应，可以很大程度增强其光学性质，并且使其呈现出规律性的变化.关词，卤化物钙钛矿；地子点:光电材料;光电半导体AbstractInrecentyears,ha1.ideperovskitemateria1.shavenoton1.yachievedunprecedentedsuccessinphotovo1.taicfie1.d,huta1.soshowngreatpotentia1.inotherOP1.OdCCgniCdevicefie1.ds.Amongthem,inorganicha1.ideperovskite(CsPbX3.X=CI.Br.1)quantumdots(QDs)showgreatapp1.icationpotentia1.inthefie1.dof1.ow-cost1.ightsourceanddisp1.ayduetotheirexce1.1.entoptica1.PrOPenieSsuchashighbrightness,adjustab1.eemissionwave1.ength,highco1.orpurityandhighdefectto1.erance.Therefore,theyhavearousedextensiveresearchinterest.A1.thoughperovskitemateria1.shavebroadapp1.icationprospectsinvariousfie1.ds,thepoorstabi1.ityofmateria1.shasbecomeahugeobstac1.etotheircommercia1.app1.ication.Asanexce1.1.entphotoe1.ectricmateria1.,meta1.ha1.ideperovskitehastheadvantagesofsimp1.epIxx1.uctionprocess,adjustab1.ebandgap.exce1.1.entchargetransfer,hightheoretica1.photoe1.ectricconversionefficiencyandsoon.Ithasbecomeanewrevo1.utionarj,photoe1.ectricsemiconductor,whichhasbeenpaidmuchattentionbyresearchersinvariousfie1.ds.Perovskiieso1.arce1.1.shaveshownunprecedentedprogressinefficiencythroughvariousconstructionsandmodifications.Aftersevera1.yearsofactiveresearch,conversionefficiencyofupto20%hasbeenachievedfromvariousresearchgroups,whichhasreachedtheperformance1.eve1.ofthemostadvancedcopperindiumga1.1.ium(CIGS)so1.arce1.1.s.Andareapproachingcommercia1.COnVCniionefficiencyofmonocrysta1.1.incsi1.iconso1.arce1.1.s.Thegenera1.workingprocessofso1.arce1.1.scanbedividedinto1.ightabsorption,chargeseparation,chargetransferandchargeco1.1.ection.Asanimportant1.ight-absorbingmateria1.inso1.arce1.1.s,ha1.ideperovskiteexcitese1.ectronho1.epairswhenincident1.ightWi1.henergygreaterthanitsband-gapwidthirradiatesperovskitemateria1.s.Moreover,thebindingofsuchexciterisvcrj,weak,anditiseasytoseparateatroomtemperaturetoproducefree1.ymovinge1.ectronsandho1.es,whichmakesitaresearchhotspotinrecentyears.Inaddition,sma1.1.sizeperovskitenanonateria1.scangreat1.yenhancetheiroptica1.propertiesandshowregu1.archangesduetothequantumdomaineffect.Keywords:ha1.ideperovskite:Quantumdots:Photoe1.ectricmateria1.:Photoe1.ectricsemiconductor：目杀第一章绪论11.1 钙钛矿材料11 .1.1钙钛矿材料的发展12 .1.2钙软矿材料的结构特性11.2 钙钛矿量子点21.2 .1钙钛矿量子点的合成21.3 .2钙钛矿量子点的材料特性31.3 钙钛矿量子点的性能提升策略错误!未定义书笠1.3.1 3.1组分工程错误!未定义书签.1.3.2 表面工程错误!未定义书筌.1.3.3 矩阵封装错误!未定义书筌.1.4 钙钛矿量子点的应用31.4.1 钙钛矿量子点发光二极管31.4.2 1.EDs41.4.3 电探测器错误!未定义书签.第二章卤化物钙钛矿量子点材料的光电性能42.1 钙钛矿址子点的合成方法42. 1.1高温热注射法43. 1.2一步反应法54. 1.3阴离子交换法65. 1.4过饱和重结晶法76. 1.5微波合成法82.2钙钛矿量子点的发光性能92.2.1阴离了类型对发光性能的影响92.2.2温度对发光性能的影响92.2.3杂质离子对发光性能的影响102. 3卤化物料钛矿量子点材料在光电领域的应用122. 3.1光电性能及其在光伏上的应用123. 2.2光电领域的应用134. 2.3其他领域的应用14第三章结论与展望143. 1结论143. 2展望15致谢16参考文献17第一章绪论1.1 钙钛矿材料.密林矿材料的发展最早钙钛矿是指一类陶龙矿物质，它的分子式是ABO3,最初是被德国矿物学家GustavRose发现的钛酸钙(CaTio3)化合物，最终用俄罗斯地质学家列夫保罗夫斯基1.evPerovski的姓氏命名.随着科技的发展，人们对晶体内部结构的慢慢研究，很多和钛酸钙类似的晶体结构被发现，其差别在于元素的组成不同，所以将这些结构类似的化合物统一称为钙钛矿。在一百多年前，We1.1.s发表的文章中第次介绍了金屈卤化物钙钛矿一立方相卤化铅馅(CSPbX3,X=CI,Br,I).自发表后到二十世纪初，钙钛矿材料才因为它的半导体性能而备受关注“1978年，WCbCr报道了无机杂化钙钛矿一甲基筱卤化铅(MAPbXa,X=CI,Br.I).并对晶体的合成做了深刻的研尢。在之后的几年Mitzi等人若宙于有机-无机杂化的钛矿材料的结构通用性，在这基础上做出了兆钙钛矿薄膜晶体管。2(X)9年Kojima发表第一份报告后，不到五年时间基下钙钛矿材料应用的报道显著增加，用钙钛矿材料制作的太阳能电池的功率转换效率被提高到24.2%以上。1.1.2分处矿材料的结构特性般情况下，金属卤化物钙钛矿表示为ABXa,如图1.1所示，其中“A”是一价有机或无机阳离子，KPCH3NH3,(MA4),CH(NH2)2'(FAD、Cs+或Rb+,这四个阳离子的范围由ABXa晶格的几何规则决定二价金属阳离子“B”(通常为Pt二S/或Ge?*),-X-为卤素阴离子(CP,Br,1)或其混介组分肉。根据“A”位阳离子的性旗,每个钙钛矿卤化物可分为两大类：基于MA-和FA+的仃机无机杂化钙钛犷，以及基于CV阳离子的全无机钛矿。图1.1钙钛矿材料的晶体结构ABXj钙钛矿在光电学方面是很完美的材料，而且十分容易合成，但因为它的高度离了化，使它受潮、热、光的影响，使它的化学和光学性版极其不稳定，这一缺陷对丁钙钛矿材料的实际应用是非常不利的.在研究时人们为J'提高材料的稳定性，想到了元素替换的方法。当然在进行元素替换时就必须考虑钙钛矿材料的结构稳定性，在取代之后，离子半径应满足容忍因子t(08Wt1.)(式1.1>t=.+OJ2(r+rx)式中，s、re、rx分别为A、式X的离子半径.1.2 钙钛矿量子点1.2.1 钙抵矿置于点的合成最梏规的合成钙钛矿地子点的方法是湿化学法，它是由PCrCZPricto和它的合作者在2014报道，他们于2014年合成了6nmJftMAPbBnQDse随后，Zhong和KoVaIenko发表/报道,介绍有机-无机杂化钙钛矿QDs的配体辅助再沉淀法和全无机钙钛矿QDs的热注入法。为什么全无机CsPbX3QD可以在较高温度下获取，因为它在较高温下有更高的形成能力。通过在M定圉下将CSOA快速注入到含有PbX2和配体的非配位溶剂中合成CsPbX3QDs4,作为常规热注入法的替代方案，溶剂热法和微波辅助法也适用于钙钛QDS的合成(313%在溶剂热合成过程中，将前体盐、配体和溶剂混合并放入常规不锈钢i压釜中，在160下加热30分钟后，获得P1.QY高达80%的CsPbXQDsoCsPbX纳米线也可通过这种方法获得。儿通过合成阴离子交换进行处理后,被认为是获得钙化量子积分的快速有效策略。该方法是发展出一种卤化物，随后通过合成阴离子交换使卤化物的结构组分发生变化，从而我们可以获取需要的的能带带隙，如果不使用这种方法会产生.较少的结构良好的粒子。如下图1.3,目前国际调节钙钛矿中卤化物的S1.成的最好的方法就是阴离子交换反应，来达到整个可见光范围内发射的目的。（八）400450500550665077S0Wave1.ength(n