有机-无机钙钛矿单晶体生长及其物化性能研究

摘要

钙钛矿太阳能电池是近5年太阳能转化利用领域的研究热点，受到国内外研究者的广泛关注。ABX3钙钛矿不但具有快速传递空穴和电子的能力，而且具有强而宽的可见光吸收性能。钙钛矿晶体的制备一般包括一步法、两步法、双源共蒸法以快速结晶法等，其中，快速结晶法无需高温加热就可以获得致密平整的钙钛矿薄膜。但是，目前并没有关于快速结晶法的原理及其控制条件的详细的研究。本文以快速结晶法中钙钛矿的相变结晶原理研究为切入点，在详细研究了钙钛矿在混合溶剂中的相态和相转变条件之后，结合钙钛矿单晶体生长方法，开发了一系列钙钛矿单晶体的生长方法，并对其物化性能展开研究。主要包括以下几方面的内容:
　　1.钙钛矿MAPbI3相转变条件研究。钙钛矿MAPbI3在混合溶剂γ-丁内酯-氯代苯、N-N二甲基甲酰胺-氯代苯中能够以溶质、钙钛矿晶体、和中间产物三种状态存在。具体存在状态受到温度、溶剂比例以及溶质含量三个方面的综合影响，并且可以通过加热或改变混合溶剂的比例可以实现相态及其相互之间的转化条件。
　　2.钙钛矿MAPbI3、MAPbBr3、MAPbCl3单晶体的生长，以及钙钛矿MAPbI3晶体参数。钙钛矿MAPbI3共有三种晶型，其中，在常温下以四方晶系存在，在高温（57℃以上）为立方晶系。通过向生长液中加入氯苯，降低了生长温度，成功得到立方晶系MAPbI3。
　　3.混合系钙钛矿单晶体MAPbIxBr3-x和MAPbBrxCl3-x的生长。进而研究了了单晶体中卤族元素比例和物化性能之间的关系，并初步探讨了影响单晶体中卤族元素比例的因素。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 太阳能电池概述

1．1．1 太阳能电池的优势

1．1．2 太阳能电池分类及发展

1．2 钙钛矿太阳能电池的研究进展

1．2．1 钙钛矿材料简介

1．2．2 钙钛矿太阳能电池发展

1．3 钙钛矿晶体生长调控研究进展

1．3．1 一步法制备钙钛矿纳米晶薄层

1．3．2 两步法制各钙钛矿纳米晶薄层

1．4 钙钛矿单晶体的研究进展

1．5 研究目的和意义

第二章 MAPbI3相转变研究

2．1 MAPbI3相转变条件研究背景

2．2 实验部分

2．2．1 实验原材料与试剂

2．2．2 原材料的制备

2．2．3 MAPbI3在混合溶剂中溶解度的测定

2．2．4 MAPbI3在GBL-CN以及DMF-CN混合溶液中的相转变条件

2．3 结果和讨论

2．3．1 氯苯调节MAPbI3在混合溶剂中溶解度

2．3．2 MAPbI3在混合溶剂中存在状态

2．4 本章小结

第三章 MAPbX3单晶体的生长及物化性能研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验原材料与试剂

3．1．2 原材料的制备

3．1．3 MAPbX3单晶体的生长

3．2 实验结果分析与表征

3．2．1 单晶体数据收集及解析

3．2．2 单晶体粉末样品的XRD

3．2．3 单晶体钙钛矿的TG-DSC分析

3．2．4 单晶体钙钛矿的光谱学分析

3．2．5 单晶体钙钛矿的XPS分析

3．3 本章小结

第四章 MAPbIxBr3-x和MAPbBrxCI3-x单晶体研究

4．1 杂化钙钛矿研究背景

4．2 实验部分

4．2．1 实验结果与讨论

4．2．2 单晶体宏观形态与颜色变化

4．2．3 单晶体钙钛矿的XRD讨论及晶体结构分析

4．2．4 单晶体钙钛矿的光致发光及禁带宽度计算

4．2．5 钙钛矿单晶体卤族元素比例控制

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况