杂化钙钛矿材料的发光性能及其MIS结构发光器件研究

摘要

有机-无机杂化型钙钛矿材料因其优异的光电性质及可溶液法加工等优点而受到关注，近几年被广泛应用在溶液法制备太阳能电池及发光二极管中。深入了解这种材料的发光机理和发光过程对于制备高性能的光电器件具有指导意义。本论文对溶液法制备钙钛矿(CH3NH3PbX3，X=Cl，Br,I)薄膜进行光学性能研究，深入了解载流子复合动力学并揭示了这种材料的发光起源;利用溶液法制备的钙钛矿与无机工艺相结合制备了钙钛矿型MIS结构发光器件。本论文的主要研究工作如下:
　　(1)对溶液法制备的钙钛矿薄膜及器件进行稳态荧光光谱分析，研究了钙钛矿薄膜在不同强度激发下的发光性能及变化规律，发现发光强度与激发光密度符合I～Lk（幂指数1＜k＜2）的关系;根据激子和自由载流子复合发光线形理论对发光峰形进行分析，证实了其中的激子发光特征。
　　(2)对溶液法制备的钙钛矿薄膜进行瞬态荧光光谱测试，研究了发光寿命随发光能量的变化规律，揭示了发光峰的局域激子特征。利用太赫兹光泵浦探测，进一步证实了载流子的局域化特性。
　　(3)对溶液法制备的钙钛矿在真空和空气中的稳态和瞬态荧光光谱进行研究，发现发光光谱的线形、寿命、随时间发光变化对气氛的变化敏感。我们通过简单的含有局域载流子、表面能带弯曲、单载流子俘获的模型来解释钙钛矿的全部发光特征，揭示了这种材料的发光起源。
　　(4)将溶液法制备的钙钛矿应用在MIS结构中制备了钙钛矿型MIS结构电致发光器件，其外量子效率为0.085％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 有机-无机杂化型钙钛矿概述

1．2．1 钙钛矿的晶体结构

1．2．2 有机-无机杂化钙钛矿的制备技术

1．3 有机-无机杂化钙钛矿的光电性能

1．3．1 光致发光性能

1．3．2 电子结构

1．3．3 光吸收性能

1．3．4 载流子扩散

1．4 钙钛矿型有机．金属卤化物应用

1．4．1 太阳能电池

1．4．2 发光二极管

1．4．3 薄膜晶体管

1．4．4 光探测器

1．5 本论文的研究意义和内容

第二章 实验内容与性能表征

2．1 引言

2．2 有机金属杂化钙钛矿薄膜的制备

2．2．1 制备的原料及其规格

2．2．2 CH3NH3I的合成

2．2．3 CH3NH3Br的合成

2．2．4 溶液法钙钛矿薄膜的制备

2．3 材料生长设备

2．3．1 磁控溅射

2．3．2 原子层沉积

2．3．3 脉冲激光沉积

2．3．4 手套箱真空镀膜设备

2．4 分析测试设备

2．4．1 低温变温全波段荧光光谱测试(PL)

2．4．2 半导体光学测试平台

2．4．3 紫外-可见分光光度计(UV-Vis)

2．4．4 扫描电子显徼镜(SEM)

2．4．5 时域太赫兹光谱系统

第三章 溶液法钙钛矿中的激子局域化研究

3．1 引言

3．2 钙钛矿薄膜性能表征

3．3 钙钛矿中的激子发光特征

3．4 局域激子效应

3．5 钙钛矿中的自由载流子复合

3．6 激子发光的稳定性

3．7 局蜮激子发光模型

3．8 本章小结

第四章 有机-杂化钙钛矿发光性能的气氛依赖性

4．1 引言

4．2 钙钛矿的稳态和瞬态发光研究

4．3 钙钛矿时间分辨荧光光谱研究

4．4 钙钛矿中缺陷分析

4．5 钙钛矿的发光机理模型

4．6 本章小结

第五章 钙钛矿MIS结构发光器件

5．1 引言

5．2 钙钛矿MIS发光器件的制备

5．2．1 绝缘层的制备工艺

5．2．2 钙钛矿层的制备方法

5．3 钙钛矿-MIS器件的电致发光

5．4 本章小结

第六章 结论

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果