聚乙烯胺对钙钛矿薄膜相态结构的有效调控

将聚乙烯胺的碘酸盐PVAm·HI引入钙钛矿的前驱体溶液,部分代替MAI的作用,通过聚合物PVAm·HI的铵离子占据钙钛矿表面的A位置,利用聚合物PVAm·HI主链骨架的共价键将钙钛矿晶粒连接起来,达到有效控制钙钛矿相态结构的目的。通过1 H-NMR、SEM、XRD等表征了聚合物PVAm·HI氨离子对钙钛矿表面A位置的有效占据。通过薄膜光伏性能的表征可知:聚合物PVAm·HI的引入不但使得钙钛矿薄膜中针孔消失、晶粒尺寸减小、薄膜的致密性增加,同时也提高了钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。     

制备条件对铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜结构和电学性质的影响

本文利用溶胶-凝胶法在玻璃基底上制备得到了AZO透明导电薄膜,就两种不同的热处理-退火方式对薄膜的结构与性质的影响做了比较,研究了掺杂浓度、退火温度对薄膜结构及性质的影响规律.结果表明,高温、分层退火、铝掺杂均有利于生成结晶度高、具有C轴优先取向的AZO薄膜;高温和分层退火有利于晶粒长大,相反铝掺杂却有碍晶粒长大;薄膜的电学性质随退火温度和铝掺杂量的变化呈现规律的变化.通过分析AZO薄膜内的晶体生长过程,本文认为主要是制备条件和AZO晶体的晶面习性导致了薄膜的结晶度、晶体生长取向性和晶粒尺寸等方面的差异.     

退火温度对La_(0.4)Nd_(0.1)Sr_(0.5)MnO_3薄膜结构及CMR的影响

利用射频磁控溅射法结合后退火工艺在LaAlO3(100)衬底上制备了La0.4Nd0.1Sr0.5MnO3(LNSMO)一系列薄膜样品。通过X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、光电子能谱(XPS)、四探针法对其结构及性质进行了测试。结果表明,薄膜在700～900℃温度区间退火形成单相的赝立方钙钛矿结构。退火温度不同导致薄膜中氧含量发生变化并且对晶粒的尺寸也有很大影响。经过850℃退火的薄膜样品,在室温300 K,磁场为1.5 T的条件下,磁电阻达到24.9%。     

水分辅助对无机钙钛矿CsPbI3薄膜结晶的影响

利用水分辅助晶粒溶解重结晶策略提高全无机铯铅碘钙钛矿(CsPbI₃)薄膜的质量, 探究了退火过程中不同湿度条件对薄膜结晶质量的影响, 并从形貌结构、 缺陷复合以及光伏性能等方面进行了研究. 结果表明, 相比于相对湿度(RH)为0%组CsPbI₃薄膜明显的晶界空隙, 适当的湿度退火有助于晶粒间更致密地结合, 晶界的减少进而可抑制载流子非辐射复合; 湿度过大则会形成较粗糙的表面形貌, 影响界面接触. 实验结果表明, 7%RH下CsPbI₃薄膜中缺陷明显减少, 非辐射复合得到抑制, 载流子寿命增加; 光伏性能测试结果显示, 开路电压(V_oc)和填充因子(FF)显著增大, 并获得了15.28%的光电转换效率(PCE).     

退火处理对LaFeO3/Pd复合薄膜微观结构和在碱液中电化学行为的影响

采用射频磁控溅射装置在Si(111)衬底上分别制备了Pd单膜、LaFeO3单膜和LaFeO3/Pd复合薄膜,利用XRD,SEM,EDS,XPS和电化学测试方法研究了退火处理对LaFeO3/Pd薄膜材料的相结构、形貌、化学组成以及电化学性能的影响。研究结果表明:未退火的溅态LaFeO3薄膜呈无序非晶态结构,随退火温度升高,600℃退火1 h后LaFeO3薄膜晶化为钙钛矿型正交结构,此时薄膜晶粒尺寸呈增大趋势;800℃退火时,随退火时间增加,薄膜晶粒尺寸变化不明显,退火前LaFeO3薄膜表面平整、致密,退火后薄膜表面出现裂纹。XPS分析表明,LaFeO3薄膜中的氧以晶格氧、化学吸附氧和物理吸附氧三种结合状态形式存在,退火后LaFeO3薄膜中化学吸附氧转变为晶格氧。电化学测试结果表明,Pd膜电极和LaFeO3膜电极放电容量很低(3.9~19 mAh·g-1),而LaFeO3/Pd复合薄膜在退火前后的电极放电容量分别达到50和180.7 mAh·g-1,LaFeO3单膜和LaFeO3/Pd复合薄膜电极的交换电流密度I0分别为为3.36和590.51 mA·g-1。镀Pd后能极大改善和提高LaFeO3/Pd复合膜电极的电催化活性和电化学放电容量。     

射频磁控溅射制备纳米TiO2薄膜的光电化学行为

在室温下采用射频磁控溅射法制备了纳米晶粒的TiO2薄膜,用循环伏安法研究了ITO/TiO2薄膜电极的光电化学行为,并测量了相应TiO2薄膜的亲水性与光催化能力.结果表明,在室温下制备的TiO2薄膜为无定形结构,当退火温度超过400 ℃时转化为锐钛矿结构.在400 ℃下退火的TiO2薄膜具有良好的亲水性和光催化能力. TiO2薄膜电极用254 nm的紫外光照射一定时间后会产生新的氧化峰,且随着光照时间的增加,峰电流也增加.初步认为用紫外光照射一定时间后, TiO2薄膜的循环伏安图的氧化峰属于光生的Ti3＋,而光致亲水性可能与Ti3＋的生成有关.     

钙钛矿型纳米晶薄膜的制备及其光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法结合旋转涂膜工艺在玻璃基底上制备出了多层纳米晶薄膜LaMO3(M=Fe,Mn,Co,Cr);采用DSC/TG技术分析了前驱体凝胶的热分解历程;利用场发射扫描电镜观察了薄膜的表面形貌及膜层厚度.通过XRD进行了物相分析,并计算了其晶粒尺寸;实验结果表明,制备出的LaM03多层薄膜具有钙钛矿晶型结构,薄膜形态比较均匀.将该类薄膜作为光催化剂,对多种水溶性染料进行了光催化降解实验.研究结果表明,纳米晶薄膜LaM03的光催化活性主要和M原子的电负性及M离子的d电子结构有关.当M为Co时,薄膜的光催化效果最好.     

Pt／Ti／Si3N4／SiO2／Si基底的多层薄膜制备及拉曼研究

选用三水醋酸铅、乙酰基丙酮酸锆、四异丙氧基钛、乙酰丙酮作初始材料,用同样的方法分别制备了锆钛酸铅（PZT）和钛酸铅（PT）两种固体前驱物．采用改良型的溶胶-凝胶工艺技术,分别在不同的Pt-Ti-Si3N4-SiO2-Si基底上,按照不同的组合方式,制备了三种多层薄膜：PZT、PT／PZT—PZT／PT、PT／PZT／-／PZT／PT．较详细地讨论了薄膜制备的工艺技术,发现当凝胶通过烧结和干燥后变成固态物质时,薄膜内部存在着较大的残余应力,当薄膜在600℃下退火时其内部残余应力可以被减小．通过拉曼衍射和XRD分析,发现PT／PZT—PZT／PT结构的薄膜具有较好的结晶性和较小的残余应力．XRD分析表明,多层混合薄膜的衍射峰是PZT和PT两种薄膜衍射峰的叠加．     

钙钛矿型Gd~2CuO~4复合氧化物薄膜的制备

采用非晶态多核配合物作为前驱体的方法在单晶硅表面成功地制备了钙钛矿型的复合金属氧化物Gd~2CuO~4薄膜,XPS研究表明所制备出的薄膜由Gd~2CuO~4复合金属氧化物组成。XRD研究表明经600℃热处理形成的复合氧化物薄膜以钙钛矿型晶相结构存在,也进一步证实了所制备出的薄膜是Gd~2CuO~4复合金属氧化物,其晶粒大小在20nm左右。俄歇电子能谱的深度剖析表明形成的薄膜组成均匀,在界面上有一定程度的扩散作用。运用AES揭示了Gd~2CuO~4薄膜的厚度与前驱体溶液中前驱体的质量分数以及添加剂的影响规律。SEM研究表明前驱体配合物的质量分数越低,形成的薄膜越薄,其表面织构越均匀。当前驱体的质量分数超过一定值后,形成的薄膜具有很多策微裂纹。添加剂聚乙二醇对形成的薄膜厚度没有明显的影响,但可以明显改善薄膜的织构,使复合氧化物在衬底上分散得更均匀,抑制微裂纹的产生。     

La1-xCaxMnO3团簇薄膜的生长机制和应用研究

利用溶胶-凝胶法制备La1-xCaxMnO3薄膜。利用X射线衍射实验以及偏光显微镜对其结构和形貌进行表征。XRD结果表明,薄膜为钙钛矿结构。经不同的温度退火后,结构发生微小偏离。显微图像显示薄膜样品的表面形貌为菊花状团簇,这是因为在热处理过程中,由于溶胶蒸发,在基底表面形成气泡,表面张力和扩散迁移使气泡破裂后的碎片最终形成菊花状团簇。这一发现对纳米薄膜团簇自组装制备具有一定的应用价值。     

Acetic Acid Based Sol-Gel PLZT Thin Films: Processing and Characterization

PLZT 4/65/35 thin films were prepared by the acetic acid based sol-gel route. The choice of lanthanum precursor, i.e., acetate or nitrate, influences the functional group content of formamide modified sols and the microstructure of the thin films. The lanthanum nitrate based PLZT thin film deposited on Si/SiO2/TiO2 /Pt/TiO2 substrate has a columnar perovskite grain structure, while the lanthanum acetate based one is characterized by a lead-silicon containing reaction layer beneath the platinum electrode. Although lead is depleted from the PLZT thin film the perovskite structure is retained by the use of the top layer with a large excess of PbO.     

两步沉积法制备Br或Cl掺杂的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池

采用控制前驱体浓度的两步沉积法和插入PbI₂层的DMSO分子（PbI₂（DMSO）复合体）分别与MAX（MA=CH₃NH₃,X=I,Br）或MAX（X=I,Cl）进行的分子内交换法,实现了Br或Cl的掺杂并合成了厚度为300nm左右的混合卤化物钙钛矿MAPbI_3-xBr_x和MAPbI_3-xCl_x膜。MAX前驱体溶液中含5%（摩尔分数,下同）MABr或15% MACl所生成的Br或Cl掺杂钙钛矿膜能提高钙钛矿太阳电池的光伏性能,进一步提高MABr或MACl的含量并不会明显改变掺杂量,但会形成小的白色颗粒或者针孔,这些将对电池的性能产生不利影响。前驱体溶液含5% MABr的MAPbI_3-xBr_x钙钛矿太阳电池所获得的能量转换效率（PCE）为13.2%,含15% MACl的MAPbI_3-xCl_x钙钛矿太阳电池获得了最高13.5%的PCE。     

The Influence of Heat Treatment Mode on the Properties of Bi4Ti3O12 Thin Films by Chemical Solution Deposition Technique

Bi₄Ti₃O₁₂ thin films were prepared by chemical solution deposition technique on n-Si(lOO). Bismuth nitrate and titanium butoxide were used as starting materials. In this paper, we used this technique to prepare Bi₄Ti₃O₁₂ thin films heat treated by both rapid annealing for 30 seconds in a rapid annealing heater and annealing in a furnace for 30 minutes, and found that the heat treat mode greatly influences the properties of the films. The crystallization temperature of the film made from rapid annealing is about 500℃, while that of the film prepared by heating in a furnace is about 550℃. X-ray diffraction pattern of the film heat treated by the former has stronger (004), (006), (008), (0010) peaks than that of the film heat treated by the latter, which suggests that the rapid annealing heat treat mode favors preferential c-oriental film. The grain size of the film obtained by rapid annealing is smaller than that of the film prepared by heating in a furnace. When the films were both annealed at 600℃,the coercive field of the film heat treated by the former is 45 kV/cm, while that of the film heat treated by the latter is 87 kV/cm.     

异质结型光催化膜的活性及其机理研究

采用浸渍提拉法制得TiO₂,ZnO,Fe₂O₃,ZnO/TiO₂,TiO₂/ZnO,Fe₂O₃/TiO₂和TiO₂/Fe₂O₃石英玻璃基底负载膜.光催化降解亚甲基蓝实验表明,TiO₂和ZnO具有良好的光催化活性,Fe₂O₃活性较差.但形成异质结后,TiO₂和Fe₂O₃的光催化降解能力发生明显的变化.用254nm紫外光光照后,TiO₂,ZnO和Fe₂O₃等3种氧化物膜与水的接触角均有不同程度的降低,TiO₂表现出超亲水性,ZnO/TiO₂和Fe₂O₃/TiO₂膜与水的接触角小于对应的单纯ZnO和Fe₂O₃膜与水的接触角,其中Fe₂O₃/TiO₂表面出现超亲水性.瞬态光电导谱的少数载流子寿命的测定表明,异质结势垒电场能有效地增强光生电子-空穴对的分离效率.根据能带理论建立的两组异质结能带模型可合理地解释实验结果.     

基于易升华添加剂辅助合成纯相富铯(CH(NH2)2)xCs1−xPbI3 钙钛矿

钙钛矿材料化学组分是决定钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的关键,纯无机钙钛矿CsPbI₃具有相对较好的热稳定性和光稳定性,但由于Cs⁺具有较小的离子半径而导致无机钙钛矿相不稳定。最近研究发现富铯FA_xCs_1?xPbI₃钙钛矿具有相对稳定的相结构,且可以很大程度上保持无机钙钛矿材料的热稳定性和光照稳定性,是一种非常具有前景的钙钛矿材料体系。目前这种富铯的FA_xCs_1?xPbI₃材料合成是通过引入过量有机组分FAI实现的,其中FAI一方面充当钙钛矿的掺杂剂,另一方面过量的FAI充当添加剂。由于其具有较高的升华温度,后续需要较高的温度使过量的FAI升华,实际上这在实验上很难实现对FAI升华量的精确控制。本文重点研究具有低升华温度的胺类,如碘甲胺(MAI)、碘化二甲胺(DMAI)、碘化乙胺(EAI)、碘化胺(NH₄I)和醋酸甲脒(FAAC),作为添加剂制备富铯FA_xCs_1?xPbI₃钙钛矿材料体系的可行性,这一方面可以有效降低钙钛矿薄膜的热处理温度;另一方面可拓宽的制备纯相钙钛矿成分的窗口期,这对大面积制备纯相富铯FA_xCs_1?xPbI₃钙钛矿薄膜尤为重要。结果表明MAI和DMAI可以作为合成FA_xCs_1?xPbI₃钙钛矿材料的有效添加剂,其与PbI2间较强的作用力可以促进Cs₄PbI₆的形成并有效抑制δ-CsPbI₃副产物的生成。合适的升华温度可以使薄膜在保持钙钛矿相结构的同时在较低温度升华去除过量的添加剂,最终实现在相对温和的条件下制备纯相富铯FA_xCs_1?xPbI₃钙钛矿材料。     

PbO-PbI2复合物膜转化的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜及其光电特性

有机-无机卤化物钙钛矿是一类优异的光电材料. 在过去四年内, 基于有机-无机卤化物钙钛矿的光电器件实现了超过15%的光电转换效率. 而有机-无机卤化物钙钛矿材料的可控制备是保证其在光电器件中应用的基础. 本文采用新的沉积方法在玻璃衬底表面制备了一种典型的有机-无机卤化物钙钛矿CH₃NH₃PbI₃薄膜. 其制备过程是: 采用超声辅助的连续离子吸附与反应法在玻璃衬底表面沉积PbO-PbI₂复合物膜, 之后与CH3NH3I蒸汽在110 ℃环境下反应, 将PbO-PbI₂复合物膜转化成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜. 对CH₃NH₃PbI₃薄膜的微观结构, 结晶性及其光电性能等进行了表征. 结果表明, CH₃NH₃PbI₃薄膜呈晶态, 具有典型的钙钛矿晶体结构. 薄膜表面形貌均匀, 晶粒尺寸超过400 nm. 在可见光范围, CH₃NH₃PbI₃薄膜透过率低于10%, 能带宽度为1.58eV. 电学性能研究表明CH₃NH₃PbI₃薄膜表面电阻率高达1000 MΩ. 高表面电阻率表明CH₃NH₃PbI₃薄膜具有一定的介电性能, 其介电常数(ε_r)在100 Hz时达到155. 本研究提出了一种制备高质量CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜的新方法, 所得CH₃NH₃PbI₃薄膜可望在光、电及光电器件中得到应用.     

Chemical vapor deposition growth of phase-selective inorganic lead halide perovskite films for sensitive photodetectors

Inorganic lead halide perovskites are attractive optoelectronic materials owing to their relative stability compared to organic cation alternatives.The chemical vapor deposition(CVD) method offers potential for high quality perovskite film growth.The deposition temperature is a critical parameter determining the film quality owing to the melting difference between the precursors.Here,perovskite films were deposited by the CVD method at various temperatures between 500-800℃.The perovskite phase converts from CsPb₂Br₅ to CsPbBr₃ gradually as the deposition temperature is increased.The grain size of the perovskite films also increases with temperature.The phase transition mechanism was clarified.The photoexcited state dynamics were investigated by spatially and temporally resolved fluorescence measurements.The perovskite film deposited under 750℃ condition is of the CsPbBr₃ phase,showing low trap-state density and large crystalline grain size.A photodetector based on perovskite films shows high photocurrent and an on/off ratio of ~2.5×10⁴.     

空气下光诱导有机金属卤化钙钛矿薄膜的降解机理

近几年来钙钛矿材料作为新兴光伏材料取得了巨大的发展进步,但有机无机杂化钙钛矿较差的环境稳定性限制了它的大规模应用。因此深入研究钙钛矿材料的降解机制有助于开发更稳定的钙钛矿光伏器件。本文基于透射电子显微学的微观形貌观察、晶体结构及元素成分表征,详细研究了杂化钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜在光照以及空气共同作用下的降解机理。研究发现,光诱导下CH_3NH_3PbI_3薄膜会与空气中的氧气发生交互作用,同时生成六方晶态PbI_2甚至氧化为非晶态化合物PbI_(2-2x)O_x (0.4 x 0.6),而其衰减位点主要存在于薄膜与空气接触的表面。降解过程中,由于存在着挥发性分解产物(I_2,CH_3NH_2)的大量丢失,薄膜的表面会产生许多小孔洞,继而形成一种蜂窝状的介孔衰竭通道。而这种衰竭方式主要与光照下钙钛矿中光生电子与氧气结合形成超氧根自由基(O_2~(·-))有关,该基团诱导了CH_3NH_3PbI_3向PbI_2和非晶氧化态的转变。本文揭示了空气中光照诱导钙钛矿薄膜的降解机理,这将为未来设计和优化更稳定的钙钛矿太阳能电池提供全面的实验数据与理论支持。     

脉冲激光沉积制备SrSn1-xCoxO3外延薄膜的微结构表征及能带调控

钙钛矿结构SrSnO₃因其独特的介电和半导体性质而备受关注,通过掺杂可显著调控其电学、磁学性能,拓宽其应用范围。本研究在单晶SrTiO₃(001)衬底上通过脉冲激光方法外延生长了SrSn_1-xCo_xO₃ (x = 0, 0.16, 0.33, 0.5) (SSCO)薄膜,探究了Co含量对薄膜结晶性、微观结构、光学性能以及介电性能的影响。结果表明, SrSn_1-xCo_xO₃薄膜可在SrTiO₃(001)衬底上外延生长, Co掺杂不会导致薄膜结晶质量的劣化。薄膜表面形貌平整、致密,膜厚200 nm,表面粗糙度为0.44 nm。随薄膜中Co掺杂量增加,薄膜透过率从90%降至25%,光学带隙从4.24 eV降至2.44 eV。介电性能测试表明,掺杂薄膜在10⁶Hz时介电常数为70.1,比无掺杂SrSnO₃薄膜提高57%。室温时SSCO薄膜表面电阻率为172 MΩ,在1000℃范围内薄膜结构稳定。     

Crystallization and Microstructure of (Sm, Pb)TiO3 Thin Films Prepared from Sol-Gel Synthesized Solutions

A sol-gel route is developed for the synthesis of samarium modified lead titanate precursor solutions. The solutions are used for the deposition of thin films. After thermal treatment of the films, two crystalline phases are observed by X-ray diffraction analysis: an undesirable pyrochlore phase and a ferroelectric perovskite. These two phases are clearly distinguished in the film microstructure, showing a fined grained fraction of pyrochlore anda-axis oriented rosette grains of perovskite. The development of these phases as well as the evolution of the perovskite/pyrochlore ratio in the films is related to the chemistry of the synthesized solutions and the thermal treatment used for crystallization.