基于有机金属卤化物钙钛矿光电探测器的研究

摘要

近年来，有机金属卤化物钙钛矿材料由于其载流子迁移率高、光吸收系数高等优点得到了广泛的关注。短短几年，钙钛矿太阳电池的效率就从3.8％升高到了22.7％。随着对钙钛矿材料研究的深入，钙钛矿光电探测器的研究也取得了重大的进步。
　　本课题采用一步旋涂法，在玻璃基底上制备电极/钙钛矿/电极横向结构的钙钛矿光电探测器。本文首先采用PbCl2作为铅源，制备了CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器，并研究了加热时间、前驱体溶液配比、不同铅源以及不同制备方法等参数对CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器的性能的影响，并在此基础上，探究了滴加氯苯反溶剂和前驱体溶液中掺入少量还原氧化石墨烯对光电探测器的光电性能的影响。最后，在前期已经探索的钙钛矿光电探测器的基础上，探究了Ag纳米颗粒对钙钛矿光电探测器的影响。经过上述实验过程，得到如下结论:
　　(1)前驱体溶液中铅源为PbCl2时，随着加热时间的增加，生成的CH3NH3PbI3衍射峰强度逐渐增强，结晶性能逐渐改善;前驱体溶液中PbCl2浓度过高或过低都会对最终生成的薄膜形貌和制备的光电探测器的性能有影响，结合最终光电探测器性能情况，确定制备P-Cl钙钛矿光电探测器时PbCl2的最优浓度为0.8 mol/L。
　　(2)前驱体溶液中铅源PbI2时，旋涂过程中滴加氯苯，形成的钙钛矿薄膜均匀致密，但钙钛矿光电探测器的性能并没有提高;通过在前驱体溶液中加入少量还原氧化石墨烯，薄膜对基底的覆盖性有所改善，并且有效地提高了器件的性能。
　　(3)在相同测试条件下，一步法制备的钙钛矿光电探测器的响应度和归一化探测率均比两步法制备的钙钛矿光电探测器高一个数量级。两步法与一步法旋涂过程滴加氯苯均能制备出致密的钙钛矿薄膜，但这两种薄膜制备的光电探测器的性能并不好，这表明致密的钙钛矿薄膜并不适用于横向结构的钙钛矿光电探测器。
　　(4)Ag纳米颗粒的引入改变了原本两种不同铅源的前驱体溶液制备的钙钛矿薄膜的形貌和结晶性，也对最终光电探测器的性能产生了影响。引入Ag纳米颗粒后，在同一测试条件下，铅源为PbCl2的钙钛矿光电探测器的响应度和归一化探测率有所提升，而铅源为PbI2的钙钛矿光电探测器的性能则有所下降。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 有机金属卤化物钙钛矿材料的研究背景及现状

1．2 有机金属卤化物钙钛矿材料在光电器件中的应用

1．3 钙钛矿光电探测器的研究背景及现状

1．3．1 钙钛矿光电探测器的特性参数

1．3．2 钙钛矿光电探测器的基本结构及基础部分研究进展

1．3．3 石墨烯及相关材料在钙钛矿光电探测器中的应用

1．3．4 金属纳米颗粒在钙钛矿光电探测器中的应用

1．4 选题背景和意义

1．5 主要研究内容

1．6 本章小结

第2章 实验部分

2．1 实验所需材料及仪器设备

2．1．1 制备过程所需实验材料

2．1．2 制备过程所需实验设备

2．2 实验过程

2．2．1 溶液配制

2．2．2 钙钛矿光电探测器制备的流程

2．3 表征和测试手段

第3章 基于CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器研究

3．1 引言

3．2 器件结构

3．3 结果与讨论

3．3．1 P-Cl钙钛矿薄膜的调控及其对光电探测器性能的影响

3．3．2 P-I钙钛矿薄膜的调控及其对光电探测器性能的影响

3．3．3 一步旋涂法与两步法制备的CH3NH3PbI3光电探测器性能对比

3．4 本章小结

第4章 Ag纳米颗粒对CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器的影响

4．1 引言

4．2 器件结构

4．3 结果与讨论

4．3．1 Ag纳米颗粒的制备

4．3．2 Ag纳米颗粒对P-Cl钙钛矿光电探测器的影响

4．3．3 Ag纳米颗粒对P-I钙钛矿光电探测器的影响

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本课题研究结论

5．2 下一步工作展望

参考文献

攻读硕士期问发表的论文及其它成果

致谢