有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦鐵電多功能材料及錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備與研究.pdf

1、有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料能夠在分子水平上結(jié)合有機(jī)組分和無(wú)機(jī)組分各自的性能優(yōu)勢(shì)，具有優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景，受到廣泛的研究。特別是近幾年三維ABX3金屬鹵素化合物鈣鈦礦作為吸光層在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的成功應(yīng)用使得有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦越來(lái)越受關(guān)注。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的有機(jī)陽(yáng)離子由于處在無(wú)機(jī)陰離子框架形成的空隙中，其動(dòng)力學(xué)狀態(tài)容易隨著外界溫度變化，可以引起鐵電相變，是潛在的分子基鐵電材料。通過(guò)構(gòu)建不同特性的無(wú)機(jī)陰離子框架，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜

2、化鈣鈦礦能在分子水平實(shí)現(xiàn)鐵電性質(zhì)與磁性、光致發(fā)光性質(zhì)、半導(dǎo)體性質(zhì)等的結(jié)合。在過(guò)去幾年，鉛鹵鈣鈦礦太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)從3.8％提高到22.1％，但環(huán)境更友好的錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池發(fā)展卻比較緩慢，特別是無(wú)鉛錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和低帶隙、低含鉛量的錫鉛摻雜鈣鈦礦太陽(yáng)能電池PCE未得到提高，至今還很低。
　　基于有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦，本論文合成了兩個(gè)發(fā)光鐵電材料[C4H8NH2][MnCl3]和[C4H8NH2][MnBr3

3、](C4H8NH2+為吡咯烷陽(yáng)離子)以及合成了鐵電半導(dǎo)體[C6H5CH2NH3]2[PbCl4](C6H5CH2NH3+為芐胺陽(yáng)離子)和[CHA]2[PbBr4-4xI4x](x=0、0.1125、0.175，CHA為環(huán)己胺陽(yáng)離子)。另外，本論文中FASnI3（FA為甲脒陽(yáng)離子）無(wú)鉛錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4（MA為甲胺陽(yáng)離子）錫鉛摻雜鈣鈦礦太陽(yáng)能電池PCE分別可以達(dá)到6.22％和15.08％。本

4、論文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)第二章，[C4H8NH2][MnCl3]在295 K發(fā)生了鐵電相變，飽和極化為5.5μC/cm2。[C4H8NH2][MnBr3]在219K發(fā)生了一個(gè)類似的鐵電相變，飽和極化可以達(dá)到6μC/cm2。鐵電性都來(lái)源于結(jié)構(gòu)中[C4H8NH2]+的重新取向。在紫外燈下，兩者都發(fā)出強(qiáng)的紅光。光致發(fā)光光譜都在640nm附近有一個(gè)強(qiáng)的紅光發(fā)射峰，[C4H8NH2][MnC13]和[C4H8NH2][MnBr3]的光致發(fā)光量

5、子產(chǎn)率分別為56.7％和28.5％。同時(shí)[C4H8NH2][MnBr3]還表現(xiàn)出弱的鐵磁性。(2)第三章，[C6H5CH2NH3]2[PbCl4]的鐵電相變點(diǎn)在438 K，飽和極化達(dá)到13μC/cm2。鐵電性是由結(jié)構(gòu)中的[C6H5CH2NH3]+的重新取向引起的。此外[C6H5CH2NH3]2[PbCl4]是個(gè)直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙為3.65 eV。[CHA]2[PbBr4]在367 K發(fā)生了鐵電相變，飽和極化達(dá)到5.8μC/cm2。[C

6、HA]2[PbBr4-4xI4x](x=0、0.1125、0.175)具有類似的結(jié)構(gòu)和鐵電性質(zhì)。鐵電性質(zhì)都來(lái)源于CHA陽(yáng)離子的重新取向。[CHA]2[PbBr4-4xI4x](x=0、0.1125、0.175)都為直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙可以在3.05-2.74 eV之間調(diào)控并且保持良好的鐵電性質(zhì)。(3)第四章，通過(guò)在FASnI3鈣鈦礦前驅(qū)液中加入與鈣鈦礦的摩爾比為10％的SnF2，以乙醚作為反溶劑，用一步旋涂法制備到了高質(zhì)量的FASnI3

7、鈣鈦礦薄膜。采用簡(jiǎn)單的反型平面異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)ITO(indium tin oxide)/PEDOT∶PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate)/FASnI3/C60(fullerene)/BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)/Ag,成功的將無(wú)鉛錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池PCE提高到6.22％。(4)第5章，