有機-無機雜化鈣鈦礦鐵電多功能材料及錫基鈣鈦礦太陽能電池的制備與研究.pdf

1、有機-無機雜化鈣鈦礦材料能夠在分子水平上結合有機組分和無機組分各自的性能優(yōu)勢，具有優(yōu)異的性能和廣闊的應用前景，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能電池領域的成功應用使得有機-無機雜化鈣鈦礦越來越受關注。有機-無機雜化鈣鈦礦結構中的有機陽離子由于處在無機陰離子框架形成的空隙中，其動力學狀態(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。通過構建不同特性的無機陰離子框架，有機-無機雜

2、化鈣鈦礦能在分子水平實現鐵電性質與磁性、光致發(fā)光性質、半導體性質等的結合。在過去幾年，鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池能量轉換效率(PCE)從3.8％提高到22.1％，但環(huán)境更友好的錫基鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展卻比較緩慢，特別是無鉛錫基鈣鈦礦太陽能電池和低帶隙、低含鉛量的錫鉛摻雜鈣鈦礦太陽能電池PCE未得到提高，至今還很低。
　　基于有機-無機雜化鈣鈦礦，本論文合成了兩個發(fā)光鐵電材料[C4H8NH2][MnCl3]和[C4H8NH2][MnBr3

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

4、論文主要研究內容如下:(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)生了一個類似的鐵電相變，飽和極化可以達到6μC/cm2。鐵電性都來源于結構中[C4H8NH2]+的重新取向。在紫外燈下，兩者都發(fā)出強的紅光。光致發(fā)光光譜都在640nm附近有一個強的紅光發(fā)射峰，[C4H8NH2][MnC13]和[C4H8NH2][MnBr3]的光致發(fā)光量

5、子產率分別為56.7％和28.5％。同時[C4H8NH2][MnBr3]還表現出弱的鐵磁性。(2)第三章，[C6H5CH2NH3]2[PbCl4]的鐵電相變點在438 K，飽和極化達到13μC/cm2。鐵電性是由結構中的[C6H5CH2NH3]+的重新取向引起的。此外[C6H5CH2NH3]2[PbCl4]是個直接帶隙半導體，帶隙為3.65 eV。[CHA]2[PbBr4]在367 K發(fā)生了鐵電相變，飽和極化達到5.8μC/cm2。[C

6、HA]2[PbBr4-4xI4x](x=0、0.1125、0.175)具有類似的結構和鐵電性質。鐵電性質都來源于CHA陽離子的重新取向。[CHA]2[PbBr4-4xI4x](x=0、0.1125、0.175)都為直接帶隙半導體，帶隙可以在3.05-2.74 eV之間調控并且保持良好的鐵電性質。(3)第四章，通過在FASnI3鈣鈦礦前驅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量的FASnI3

7、鈣鈦礦薄膜。采用簡單的反型平面異質結電池結構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,成功的將無鉛錫基鈣鈦礦太陽能電池PCE提高到6.22％。(4)第5章，