大尺寸高质量CH_(3)NH_(3)PbCl_(3)钙钛矿单晶的生长机理、相转变与光学性能

摘要

在传统逆温差结晶法基础上,通过引入高质量籽晶,采用籽晶诱导逆温差结晶法生长出尺寸为11mm×11mm×2mm的CH_(3)NH_(3)PbCl_(3)钙钛矿单晶.X射线衍射和Rietveld精修结果表明,室温下CH3NH3PbCl3单晶是立方相,其空间群为Pm3m,晶格常数a=0.56877 nm.偏光显微镜研究结果表明,CH3NH3PbCl3单晶的生长机理遵循光滑界面的台阶横向长大机制,并沿着台阶的外法线方向长大.变温拉曼光谱研究表明CH3NH3PbCl3单晶在温度160 K发生了正交-四方相转变,但四方相结构不稳定,存在的温度区间非常狭窄,故再次转变为立方相(Pm3m).紫外-可见-近红外吸收光谱和光致发光谱研究表明,CH_(3)NH_(3)PbCl_(3)单晶的吸收截止边约在波长442 nm,光致发光峰为450 nm,通过拟合计算得到其带隙值约为2.93 eV,稍大于第一性原理计算的理论带隙值(2.55 eV),分析认为这与籽晶的引入有关,因为籽晶作为异质形核的核心被引入晶体生长过程中,使晶格对称性下降,引起CH_(3)NH_(3)PbCl_(3)带隙增大.