非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料研究进展

铅基卤化物钙钛矿发光材料因具有荧光量子产率高、发射光谱窄、发射波长可调等优异性能优势而备受关注。但金属铅的毒性和钙钛矿的稳定性是其未来在显示与照明领域实际应用中需要解决的问题。因此,探索与铅基卤化物钙钛矿光电性质相当、但更绿色环保的非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料是势在必行的趋势。近年来,非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料的研究取得了显著进展。本文总结了非铅金属卤化物类钙钛矿材料的晶体结构、制备方法和发光机理。归纳了影响非铅金属卤化物类钙钛矿光电性能的因素,并列举了在光致和电致发光器件领域的应用。最后,就如何进一步提升非铅金属卤化物钙钛矿发光材料的性能做了总结和展望。     

利用脉冲激光沉积外延制备CsSnBr3/Si异质结高性能光电探测器

钙钛矿半导体具有光吸收系数高、载流子扩散长度大和荧光量子效率高等优异物理特性,已在光电探测器、太阳能电池等领域展现出重要的应用潜力.但卤化铅钙钛矿的环境毒性和稳定性大大限制了该类器件的应用范围.因此,寻找低毒、稳定的非铅钙钛矿半导体尤为重要.利用锡元素替代铅元素并生长高质量的锡基钙钛矿薄膜是实现其光电器件应用的可行方案.本文采用脉冲激光沉积方法,在N型单晶硅(100)衬底上外延生长了一层(100)取向的CsSnBr₃钙钛矿薄膜.霍尔效应及电学测试结果表明,基于CsSnBr₃/Si半导体异质结在暗态下具有明显的异质PN结电流整流特征,在光照下具有显著的光响应行为,并具有可自驱动、高开关比(10⁴)以及毫秒量级响应/恢复时间等优良光电探测器件性能.本文研究结果表明利用脉冲激光沉积方法在制备新型钙钛矿薄膜异质结、实现快速灵敏的光电探测方面具有重要应用前景.     

发光铅卤钙钛矿纳米晶稳定性的研究进展

相比传统的II-VI或III-V族半导体纳米晶(NCs),铅卤钙钛矿NCs具有窄发射线宽、高光致发光量子产率、可调光谱和易制备等优异特性,因此被当作是一种更理想的发光材料.然而,当钙钛矿NCs在遇到光、热和极性溶剂等条件时,将会发生快速且不可逆的降解,从而表现出差的稳定性.因此,提高钙钛矿NCs的稳定性是目前该研究方向亟待解决的关键问题.本文详细总结了近年来关于提高钙钛矿NCs稳定性的常见方法,并展望了未来的研究方向.     

低维钙钛矿光电探测器研究进展

近年来,三维铅卤钙钛矿由于其优异的光电子性能,作为光电器件(如太阳能电池、发光二极管和激光器等)的新型半导体材料被广泛研究,然而三维钙钛矿的铅毒性以及稳定性差严重阻碍了其商业化应用。低维钙钛矿材料由于其优异的光电性能以及稳定性,在光电应用领域引起了广泛关注。除了用于光伏和发光二极管以外,低维钙钛矿已成为未来光电探测器有前途的候选者。本文对低维钙钛矿的结构、光电探测器的种类以及性能参数进行简要介绍,重点阐述了低维钙钛矿光电探测器的研究进展。同时,对本研究领域未来的发展方向进行了讨论。     

有机铵盐表面稳定化CsPbI_2Br全无机钙钛矿

有机-无机杂化钙钛矿中的有机阳离子组分具有在光照和加热条件下本征的化学不稳定性,而全无机钙钛矿有望从根本上解决组分稳定性问题.但是,全无机钙钛矿在湿度条件下,极易相变为非光学活性的d相.本文以CsPbI_2Br全无机钙钛矿为对象,研究不同碳链长度的有机铵盐表面处理对于钙钛矿湿稳定性和器件光电性能的影响.实验结果表明,有机铵盐碳链的增长显著改善钙钛矿相稳定性.其中,当用碘化丁铵处理时, CsPbI_2Br全无机钙钛矿表现出最佳的湿稳定性.随着碘化丁铵的处理浓度的增加,钙钛矿的湿稳定性进一步改善.当用适宜浓度的碘化丁铵处理CsPbI_2Br薄膜时,钙钛矿层表层的丁铵阳离子对电荷传输不会有明显阻碍,可以获得优良的器件效率.总之,适宜的有机阳离子层既能提高全无机钙钛矿的湿稳定性,又能改善其光伏性能.     

钙钛矿太阳电池中各功能层的光辐照稳定性研究进展

钙钛矿太阳电池简单的制备工艺、低廉的成本和优异的性能使其有望替代已产业化的硅太阳电池,革新现有能源供给结构,然而,钙钛矿太阳电池的稳定性差制约了其产业化进程,本文分别介绍了光辐照下,钙钛矿薄膜内部本征的离子迁移行为和由此产生的磁滞、荧光淬灭/增强和电池失效问题;以及典型的TiO2/钙钛矿界面的紫外光不稳定、空穴传输层和金属电极不稳定问题.作为依光器件深刻理解其光辐照稳定性对顺利解决电池各种环境稳定性问题至关重要.     

钙钛矿太阳能电池研究进展:空间电势与光电转换机制

钙钛矿太阳能电池具有高光电转换效率和低成本制备的特点,是极具希望实现大规模应用的下一代光伏技术.然而,对该类器件的光电转换过程的认知仍然不够清晰,相关研究难以直接观测器件内部的空间电势及其对光生电荷载流子的影响.开尔文探针力显微镜技术能够直接探测出器件空间电势的分布,进而直接反映器件工作的状态,成为理解钙钛矿太阳能电池的光电转换机理的有效途径.本文主要介绍了钙钛矿太阳能电池内部空间电势分布与光电转换机制的研究进展,集中讨论了通过开尔文探针力显微镜技术直接探测空间电势的光致变化和电致变化来揭示电荷载流子产生、分离、输运、复合等光电转换关键机制,并对其在未来研究中存在的问题和挑战做了进一步的展望.     

有机-无机杂化钙钛矿材料的本征稳定性

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已逾24%,效率的飞速提升加之可低成本溶液法制备的市场优势,使人们越来越期待钙钛矿太阳能电池的商业化.目前钙钛矿太阳能电池商业化所面临最大的障碍是材料乃至器件的长期不稳定性,这使其无法在使用寿命上与已商品化的硅基等太阳能电池匹敌.本文从化学不稳定性和相不稳定性两个层面剖析了有机-无机杂化钙钛矿材料本征不稳定性的问题,并从组分设计及制备工艺等角度给出了提高钙钛矿太阳能电池器件稳定性的相关建议.     

P-I-N型锡铅钙钛矿太阳电池性能的限制因素及解决策略

锡铅钙钛矿太阳电池已被证明可以用于全钙钛矿叠层太阳电池中,作为窄带隙底电池进一步提高器件光电转换效率.目前, P-I-N型锡铅钙钛矿太阳电池的最高效率为21.7%,明显低于铅基钙钛矿太阳电池.本文分析了限制其性能提高的主要因素,并针对性地总结了近几年研究工作者们提出的有效解决策略,主要包括:1)通过添加富锡化合物、强还原剂或含大的有机阳离子的化合物以抑制Sn~(2+)氧化,减少锡铅钙钛矿材料p型掺杂程度,降低电池开路电压损耗; 2)通过调控组分、改变钙钛矿薄膜制备方法、溶剂工程或添加含功能性基团的化合物以延缓锡铅钙钛矿薄膜结晶生长速率,提高薄膜质量; 3)通过选用合适的电子传输层或空穴传输层,减少能级失配对载流子传输的影响或避免载流子传输层的本身不稳定性对器件的影响.最后,本文展望了锡铅钙钛矿太阳电池的未来发展,认为其不仅有望实现高效稳定的单结太阳电池,而且还可以应用于高效全钙钛矿叠层太阳电池.     

金属离子掺杂提高全无机钙钛矿纳米晶发光性质的研究进展

金属卤化物钙钛矿纳米晶由于其卓越的光电子性能,在发光二极管、激光器、X射线成像、太阳能电池及光电探测等领域中受到了极大的关注.与有机-无机杂化钙钛矿纳米晶相比,全无机钙钛矿CsPbX_3 (X=Cl, Br, I)纳米晶具有更优异的光电性能和更高的稳定性.为进一步提高CsPbX_3纳米晶的光致发光量子效率和稳定性,有研究已经着手调控纳米晶的微观结构,减少作为非辐射复合中心的缺陷.近年来,在金属离子掺杂CsPb X_3纳米晶过程中,发现不同种类和不同掺杂浓度的金属离子对其电子能带结构和光致发光性能有着巨大的影响,基于金属离子掺杂取得了光致发光量子效率接近100%的CsPb X_3纳米晶.本文综述了近年来在CsPbCl_3, CsPbBr_3, CsPbI_3和Mn~(2+)掺杂CsPbX_3 (Mn~(2+):CsPbX_3)四种体系中通过金属离子掺杂提高全无机钙钛矿纳米晶光学性能的研究进展及其性能提升的物理机制.此外,提出了下一步还需要深入研究的一些问题和策略,通过这些问题的深入研究,希望能促使全无机钙钛矿纳米晶在各种光电器件中得到更广泛的应用.     

用SiCl4/H2气源沉积多晶硅薄膜光照稳定性的研究

对以SiH₄/H₂及SiCl₄/H₂为源气体、采用 等离子体增强化学气相沉积技术制备的非晶硅薄膜和多晶硅薄膜进行了光照稳定性的研究.实验表明，制备的多晶硅薄膜并没有出现 非晶硅中的光致衰减现象，其光电导、暗电导在光照过程中没有下降反而有所上升且电导率 变化快慢受氢稀释度的制约.多晶硅薄膜的光照稳定性可能来源于高的晶化度及Cl元素的存在. 关键词： 多晶硅薄膜 稳恒光电导效应 晶界 光致衰退效应     

基于二维有机无机杂化钙钛矿的薄膜晶体管

三维有机无机杂化钙钛矿因其优异的光电性能被视为光电领域极具前景的材料,但其在湿度环境下的不稳定性成为制约产业化进程的关键因素之一.本文采用一步溶液法成功制备了碘化铅基二维钙钛矿(PEA)_2(MA)_(n–1)Pb_nI_(3n+1) (n=1, 3,6, 20, 30),对钙钛矿的维度及微观结构进行调控,并将其应用作为薄膜晶体管(TFTs)器件的半导体沟道层.实验结果表明,独特的二维层状结构和量子约束效应有效地抑制了器件的环境不稳定性和离子迁移现象, TFTs器件性能得到提高.基于准二维Quasi-2D (n=6)钙钛矿的薄膜晶体管器件空穴迁移率(μ_(hole))达到3.9 cm~2/(V·s)、阈值电压为1.85 V、开关比高于10~4.首次提出将准二维有机无机杂化钙钛矿材料应用到薄膜晶体管中,为制备高性能、高稳定性的薄膜晶体管器件提供了新的思路.     

溶液法制备全无机钙钛矿太阳能电池的研究进展

太阳能光伏技术,能实现太阳能与电能的高效转换,是实现人类文明可持续发展的关键绿色能源技术.其中,有机无机杂化钙钛矿太阳能电池具有优异的光电特性、低廉的制备成本、高效的转换效率,已成为该领域的研究前沿.虽然有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已约高达24%,但其体系中的有机物组分易受环境中的光、热、潮等因素影响而分解,致使器件稳定性存在严重的缺陷,极大地限制了钙钛矿太阳能电池的产业化进程.因此,如何制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池,是目前该领域的研究热点与难点,而发展具有更高环境稳定性的全无机钙钛矿太阳能电池具有重要意义.本文回顾了近年来全无机钙钛矿太阳能电池领域的研究成果,重点审视了钙钛矿薄膜的湿法制备工艺,并探讨了器件在光热稳定性方面的改善,为进一步推动钙钛矿太阳能电池的实用化进程提供可行性参考.     

平面型钙钛矿太阳能电池温度相关的光伏性能时间响应特性

本文研究了钙钛矿太阳能电池不同工作温度下光伏性能的时间响应特性.结果表明,钙钛矿太阳能电池光伏性能需要经过一段时间光照后才能达到稳定.且随着工作温度降低,电池光伏性能达到稳定所需的响应时间也越长.当电池达到稳定后,电池开路电压会随着温度降低而增大.在此之前,开路电压会在低温下发生显著的衰减.这意味着钙钛矿太阳能电池的时间响应主要来源于其内部内建电场的缓慢变化.通过测量光照前后电池外量子效率发现,光生载流子的分离和收集效率会在光照后得到明显改善.这也暗示了内建电场在光照前后发生了改变.钙钛矿材料中的离子迁移被认为是引起内建电场发生变化的原因.这有助于更好地理解钙钛矿太阳能电池中载流子输运机制.     

光照对LaMnO_3/SrTiO_3中场效应的增强作用

钙钛矿镧锰氧化物具有电阻易被光电调控的特性,对以SrTiO_3(STO)为衬底的LaMnO_3(LMO)薄膜在不同外场作用下的电阻和晶体结构的变化规律进行了研究.通过实验发现光电协同作用会增强LMO/STO中的场效应:即在没有光照的情况下,样品的电阻态几乎不随门电压的改变而变化;在有光照的条件下,样品的电阻随会门电压的变化而显著变化.通过X射线衍射(XRD)方法测量STO衬底晶格随光照及门电压的变化规律,发现在光电共同作用下,STO的晶格会显著膨胀,暗示了光电协同作用增强了STO衬底中的铁电极化.根据XRD的结果,本文从微观上解释了LMO/STO异质结中光照对场效应增强的机理.     

稳定、优质nc-Si/a-Si:H薄膜的研制和特性分析

利用等离子体增强化学气相沉积技术研制出了优质稳定的氢化非晶-纳米晶两相结构硅薄膜.薄膜的光电导率相对于器件质量的非晶硅有两个数量级的提高；光敏性也较好，光、暗电导比可以达到１０⁴，此外薄膜的光电导谱具有更宽的长波光谱响应.更为重要 的是薄膜的光致退化效应远小于典型的非晶硅薄膜，在光强为５０ｍW／ｃｍ²的卤钨灯光 照２４h后，光电导的衰退小于１０％.这种薄膜优良的光电性能源于薄膜中的非晶母体的存在使其在 光学跃迁中的动量选择定则发生松弛，因而具有大的光学吸收系数和 关键词： 非晶硅 微结构 光致变化     

用SiCl4/H2气源沉积多晶硅薄膜光照稳定性的研究

对以SiH4/H2及SiCl4/H2为源气体、采用等离子体增强化学气相沉积技术制备的非晶硅薄膜和多晶硅薄膜进行了光照稳定性的研究.实验表明,制备的多晶硅薄膜并没有出现非晶硅中的光致衰减现象,其光电导、暗电导在光照过程中没有下降反而有所上升且电导率变化快慢受氢稀释度的制约.多晶硅薄膜的光照稳定性可能来源于高的晶化度及Cl元素的存在.     

甲脒碘化铅单晶基钙钛矿太阳能电池的研究

近年来,CH(NH₂)₂PbI₃(FAPbI₃)由于其带隙接近理想值而受到了广泛关注,成为钙钛矿太阳能电池中最具吸引力的光电功能材料.然而由碘甲脒(FAI)和碘化铅(PbI₂)作为前驱体制备的传统钙钛矿层化学计量比不精准,缺陷密度大,稳定性差且结晶度较低,导致钙钛矿太阳能电池性能很难进一步提高.本文采用FAPbI₃单晶制备的钙钛矿薄膜具有高结晶度,高稳定性,精确的化学计量比和低缺陷密度.单晶钙钛矿薄膜的晶粒尺寸大,晶界少,导致晶界处缺陷较少,提高了钙钛矿太阳能电池的短路电流密度(J_SC)和开路电压(V_OC),使其光电转换效率有了大幅度的提高.本文为制备高稳定性、高结晶度和低缺陷密度的钙钛矿太阳能电池提供了一种有效策略.     

锡基钙钛矿的研究进展及其在发光二极管中的应用

卤化铅钙钛矿由于具有高吸收系数、高载流子迁移率、高缺陷容忍度和高光致发光效率等优越的光电子性能,近年来引起了人们的广泛关注.然而,可能阻碍其商业应用的关键是铅元素的存在引起的毒性问题.为了解决这一毒性问题,谨慎而有策略地用其他无毒候选元素替代Pb2+是一个很有前途的方向.锡具有和铅相似的结构和性质,是目前最有希望替代铅的元素,这也引起了研究者们广泛的兴趣及进一步的研究.本文综述了近年来锡基钙钛矿的研究进展及其在发光二极管中的应用.首先,介绍了一些适合应用于发光二极管的锡基钙钛矿材料的合成方法.然后,分析了不同价态下锡基钙钛矿的晶体结构和光电性质.在此基础上讨论了锡基钙钛矿材料在发光器件中的应用,并总结了提高锡基钙钛矿性能的一些措施.最后提出了锡基钙钛矿当前遇到的重大挑战,并提出了可能的解决方案,有助于实现高性能锡基卤化物钙钛矿发光二极管.基于这篇综述,以期对锡基卤化物材料及其在发光二极管中的应用有深入了解,进而推动锡基钙钛矿发光二极管的发展.     

铯铅卤化物钙钛矿量子点从玻璃中析出的诱导因素

铯铅卤化物(CsPbX_3,X=Cl, Br, I)钙钛矿量子点以其优异的光电性能(如可调的发射光谱、高色纯度和量子效率等)引起了研究者们的广泛关注,但较差的水稳定性、热稳定性和光稳定性等缺点极大地限制了其在光电器件中的应用。目前,提高铯铅卤化物钙钛矿量子点稳定性的一种有效方法是将CsX和PbX_2加入惰性玻璃陶瓷基质中,只要外界提供的能量可以克服成核和晶体生长的能量障碍,玻璃中就会析出铯铅卤化物钙钛矿量子点。本文重点介绍了热处理、激光、应力和水四种铯铅卤化物钙钛矿量子点从玻璃中析出的诱导因素,并分析了每种诱导因素的优缺点,最后提出了每种诱导因素相对适合的玻璃陶瓷和一些建议。