鈣鈦礦材料的形成機理、電子結(jié)構(gòu)及空穴傳輸性質(zhì)研究.pdf

1、基于有機無機雜化鈣鈦礦材料的太陽電池效率從2009年的3.8％增長到如今的22.1％，因其較高的光吸收系數(shù)、較低的成本及易于制備等優(yōu)勢吸引了越來越多的關(guān)注。雖然人們在器件的轉(zhuǎn)換效率方面取得了重大進展，但對于鈣鈦礦的基本形成機理方面的理解仍舊不完全。
　　本論文主要利用光電子能譜技術(shù)（包括XPS和UPS）以及同步輻射技術(shù)中的X射線吸收光譜(XAS)研究了有機鹵化鈣鈦礦薄膜材料在襯底上的形成機理、電子結(jié)構(gòu)、界面空穴傳輸性質(zhì)以及鈣鈦礦材

2、料中有機陽離子分子在材料中的取向問題的研究。其主要內(nèi)容包括:
　　(1)鈣鈦礦薄膜材料（CH3NH3PbI3和CH3NH3PbI3-xClx）的基本形成機理。通過原位XPS表征技術(shù)，我們分析了CH3NH3I連續(xù)沉積到PbI2(PbCl2)層過程中的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物。這種沉積方法模擬了常用溶液法制備鈣鈦礦的“兩步”合成法。我們發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦CH3NH3PbI3(CH3NH3PbI3-xClx)的形成過程中存在幾個競爭的過程，特別是CH3N

3、H3I可以分解成CH3I和NH3，前者分子可以嵌入到所得的鈣鈦礦中。這些發(fā)現(xiàn)對于不同的合成方法如何影響CH3NH3PbI3(CH3NH3PbI3-xClx)太陽能電池的性能提供了重要的見解。
　　(2)鈣鈦礦CH3NH3PbI3-xClx/NPB界面的電子結(jié)構(gòu)和空穴傳輸性。我們通過原位UPS的表征技術(shù)，分析了不同方法制備（旋涂法、混蒸法、逐層沉積法）所得到的鈣鈦礦CH3NH3PbI3-xClx與NPB界面的電子結(jié)構(gòu)和空穴傳輸性。我

4、們發(fā)現(xiàn)不同方法制備所得到的鈣鈦礦CH3NH3PbI3-xClx產(chǎn)生相似的芯能級光譜曲線以及能帶結(jié)構(gòu)，而NPB可以作為合適的空穴傳輸層只用于旋涂的鈣鈦礦薄膜，較大的空穴傳輸勢壘出現(xiàn)在其他兩個熱沉積方法得到的薄膜中。
　　(3)鈣鈦礦薄膜材料的有機分子的分子取向。通過XAS譜對有機分子CH3NH3+和(HC(NH2)2)+在鈣鈦礦材料中分子取向問題研究。對CH3NH3PbI3鈣鈦礦薄膜材料，我們通過一步溶液法和兩步溶液法來制備。我們發(fā)

5、現(xiàn)，XAS的測量結(jié)果可以通過簡單的晶體場模型精確地可以來得出基態(tài)未占用軌道態(tài)密度。我們進一步，從分析XAS圖譜數(shù)據(jù)得到，一步溶液法制備的鈣鈦礦薄膜具有一定的角度依賴性，表明CH3NH3+分子的有一致的空間取向，而角度依賴性隨著膜厚度的增加而降低。對通過兩步沉積方法制備的膜中沒有觀察到角度依賴性。而對于鈣鈦礦薄膜HC(NH2)2PbI3材料，也是通過一步溶液法來制備。我們發(fā)現(xiàn)，通過改變退火溫度，得到兩個不一樣的鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)，但是通過角分