多功能氨基酸衍生物钝化的高性能钙钛矿太阳能电池

采用含有羧基、氨基和苯基等多官能团的氨基酸衍生物分子(Fmoc-L-异亮氨酸,Fmoc-Ile-OH)钝化钙钛矿薄膜表面缺陷。首先,该氨基酸衍生物可降低钙钛矿薄膜中PbI₂杂质含量,并提高钙钛矿薄膜的颗粒尺寸。其次,氨基酸衍生物的引入可有效改善钙钛矿薄膜的光学特性和钙钛矿/电荷传输层界面载流子输运性能。另外,经钝化处理的钙钛矿太阳能电池表现出更优的器件二极管理想因子、更低的陷阱填充极限电压和更高的载流子复合电阻,这些结果证实了Fmoc-Ile-OH可有效钝化钙钛矿薄膜表面缺陷。最后,通过工艺条件优化,制得了转化效率为21.09%的高效钙钛矿太阳能电池器件,其性能远优于对照组器件的效率(18.00%)。     

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.     

两步互扩散法制备高性能CsPbCl3薄膜紫外光电探测器

紫外光电探测器无论在军用和民用上都有着巨大的应用前景,CsPbCl₃作为钙钛矿家族中形成能最大,化学性能稳定的成员,在可见光盲区的紫外光电探测器中有着很大潜在的应用价值。本文针对CsPbCl₃薄膜难以制备的问题,发展了一种两步互扩散溶液法,通过控制前驱体PbCl2的形貌,成功地制备了CsPbCl₃薄膜。利用扫描电镜、吸收光谱和X射线表征技术,证实了制备出的薄膜表面平整无孔洞、晶粒饱满和吸光度强。通过瞬态荧光和变激发光强的稳态荧光,揭示了薄膜具有载流子寿命长、缺陷态少等优异性能。最终构建出了响应度为0.75 A·W^?1的横向结构紫外光电探测器,为将来进一步发展高性能CsPbCl₃薄膜紫外光电探测器奠定了基础。     

钛掺杂钙钛矿制备高效率钙钛矿太阳能电池

采用钛离子掺杂钙钛矿薄膜的方法修饰钙钛矿晶界缺陷。研究表明钛离子富集在晶界处,有效地钝化了晶界缺陷,同时有助于连续、平整、高质量薄膜的形成。经过钛离子掺杂后的钙钛矿太阳能电池电流(JSC)达到22.3 mA·cm~(-2),开路电压(VOC)达1.1 V,填充因子(FF)高达72.4%,光电转换效率(PCE)优化至17.4%,远高于未掺杂钙钛矿太阳能电池。     

双硫腙后处理诱导的钙钛矿膜二次结晶和钝化

有机-无机杂化钙钛矿较低的缺陷形成能和表面的悬挂键会导致其薄膜中产生铅缺陷。这些深能级缺陷会直接引起载流子的非辐射复合,导致有机-无机杂化钙钛矿光伏器件的界面接触和载流子传输效率变差,最终降低了器件的综合性能。采用双硫腙作为钙钛矿薄膜表面的二次结晶诱导剂和铅缺陷钝化剂,通过对钙钛矿膜进行后处理的方法实现对钙钛矿薄膜的形貌调控和缺陷钝化。进一步的研究结果表明,双硫腙通过与铅离子配位的方式有效地钝化了铅缺陷,并诱导了表面钙钛矿晶体的二次结晶,改善了薄膜质量,进而提高了器件的综合性能。     

新型混合固定相的制备与性能评价

通过共聚交联方法将长链碳烯-苯乙烯包覆到锆胶表面上, 得到聚合物包覆固定相, 再对该填料进行磺化引入离子官能团到聚合物表面, 得到混合型固定相. 用扫描电镜和红外光谱对这些填料进行了表征, 考察了混合型固定相的毛细管电色谱性能, 并用该填料分离了苯甲酸和苯胺等化合物.     

控制碘化铅形貌两步连续刮涂法大面积制备甲脒基钙钛矿薄膜（英文）

钙钛矿太阳能电池在实现高性能光伏器件方面展现出巨大的商业化应用前景,但面临着一个最主要的挑战是开发工业化规模生产的大面积高质量钙钛矿薄膜制备工艺。在本研究中,为解决大面积印刷难题,通过两步连续刮涂法制备甲脒基钙钛矿吸光层。两步法中第一步沉积的PbI₂很容易形成致密的薄膜,这将导致后续沉积的有机胺盐无法和PbI₂充分完全反应,在钙钛矿薄膜中残留PbI₂,这会严重影响载流子的传输。为了实现理想的多孔PbI₂薄膜结构,我们通过在PbI₂前驱体溶液中引入四亚甲基亚砜(THTO)。通过形成PbI₂·THTO络合物,PbI₂的结晶过程被有效控制,易形成片状的PbI₂晶粒并沿着垂直基底方向上排列,得到了理想的纳米通道。这为后续的有机胺盐渗入提供了理想的纳米通道。最终5cm×5cm模组实现了18.65%的功率转化效率,并具有出色的存储和热稳定性。这一结果展现了两步连续刮涂法策略在制备大面积钙钛矿太阳能电池方面具备一定的优势。     

团簇离子枪对CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的影响研究

以氩离子团簇为溅射源,对采用一步旋涂法制备的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜进行溅射实验,通过XPS分析检测样品表面Pb元素的价态变化。结果表明,新制备的钙钛矿薄膜材料表面没有检测出Pb⁰,而经过团簇离子枪溅射的样品中部分Pb²⁺还原成Pb⁰,证明了氩离子团簇刻蚀对钙钛矿材料具有破坏作用。一方面,溅射时间的增加以及团簇离子枪能量的增大均会加大钙钛矿材料的损伤程度;另一方面,离子枪团簇规模大小与溅射损伤程度呈近抛物线关系。因此,在进行此类样品表面清洁时,应尽量减小离子枪能量和溅射时间,选择较小或较大的团簇规模以减少对样品的损伤。该研究对于钙钛矿样品在进行XPS检测和数据分析时具有参考价值。     

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.     

A2和B3单体重氮偶合反应制备超支化偶氮聚合物

利用A2/B3单体通过重氮偶合反应制备了超支化偶氮聚合物.利用核磁共振、红外光谱、紫外光谱和DSC热分析手段表征了聚合物的结构、光谱性能和玻璃化转变温度.合成的超支化偶氮聚合物具有很好的光响应性能,用488nm Ar+激光对超支化偶氮聚合物薄膜进行光加工,得到了规则的表面起伏光栅.     

A位缺陷对La-Sr-Co-O钙钛矿结构和催化氧化性能的影响

采用柠檬酸络合法制备La-Sr-Co-O钙钛矿, 通过酸处理溶解Sr离子, 得到了相应的A位缺陷钙钛矿. 采用X射线衍射(XRD)、 X射线吸收精细结构(XAFS)、 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)、 X 射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)等表征技术考察了A位缺陷钙钛矿的晶体结构、 配位环境及表面电子结构等性质, 通过CO氧化和NO氧化活性测试评价了A位缺陷钙钛矿的催化性能. 结果表明, 简单酸处理有选择性地改造了Sr富集区, 溶解了SrCO₃ 以及大部分SrO. 钙钛矿主体结构基本不变, 局域结构中Sr(A位)的缺位造成Co离子以Co₃O₄形式溶出, 并形成了更多的氧缺陷, 有效地活化了晶格氧物种, 因此其在CO氧化和NO氧化反应中均表现出更优异的低温活性.     

薄膜三重价态锰氧化物的制备与性能

应用偏靶射频磁控溅射方法在SrTiO3(001)单晶衬底上制备了三重价态(Mn3+, Mn4+, Mn5+)锰氧化物薄膜La1-x-yCaxKyMnO3. 这种薄膜具有钙钛矿结构, A位拥有La3＋, Ca2＋和K＋三种离子, 对应的B位为Mn3＋, Mn4＋和Mn5＋三重价态离子共存. 通过18 kW高能X射线衍射仪和D8 X射线面探衍射仪检测证实制备的薄膜为取向多晶薄膜. 原子力扫描图像显示薄膜表面平整, 且随薄膜厚度增加表面平整度起伏增大. 表面光电压测试显示, 该薄膜具有明显的光生电压信号.     

含噻吩的共聚物有序薄膜的制备及电性能测试

通过自组装技术(SAM)在ITO基底表面化学吸附一层规整有序单分子膜,然后在催化剂存在下,通过表面引发Suzuki缩聚反应制备得到有序的聚合物薄膜,并研究了聚合条件对聚合物薄膜性能的影响。从SEM和AFM对聚合物薄膜的形貌表征结果可知,聚合物薄膜已经顺利制备于ITO玻璃表面,并且以化学键与ITO表面垂直相连。通过对不同聚合条件下聚合物薄膜的XRD测试,结果表明随着聚合时间的延长及聚合单体浓度的增加,聚合物薄膜的有序性增加。除此之外,还对聚合物薄膜进行了光电性能测试,循环伏安的测试结果表明,随着聚合时间的延长及聚合单体浓度的增加,所得聚合物薄膜的能隙也在不断增加。电流-电压(I-V)测试结果表明,聚合物薄膜的电流随着电压的增大而增大,呈线性趋势,表明聚合物薄膜与ITO是欧姆接触,有利于电荷在电极的收集。     

表面印迹聚合物萃取/气相色谱质谱联用检测双酚A

以双酚A(BPA)为模板分子,甲基丙烯酸为单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂,在硅胶表面合成双酚A分子印迹聚合物。通过红外光谱、比表面积测定等对表面印迹聚合物进行分析和表征;采用静态吸附法和动态吸附法对其吸附性能进行考察。红外光谱表明硅胶表面生成了对模板分子具有识别功能的官能团;热重分析证明该印迹聚合物具有良好的热稳定性;静态吸附实验说明表面印迹聚合物比非印迹聚合物具有良好的吸附性能,该印迹聚合物对双酚A最大吸附容量Q max为1.501 mg/g,吸附速率常数k为0.01586g/(mg·min)。用表面印迹聚合物萃取(MISPE)和气相色谱质谱(GC-MS)联用检测了BPA样品,BPA的回收率接近90%,并将该双酚A表面印迹聚合物用于牛奶样品中的BPA测试,结果表明该印迹聚合物具有较好的吸附选择性。     

表面改性纳米SiO2复合聚合物电解质的制备及性能

通过化学方法将具有增塑效果的环状碳酸酯基团引入纳米SiO2表面,并用FTIR与TGA对改性纳米SiO2进行了表征.将改性纳米SiO2添加到以聚氧化乙烯(PEO)为基体的聚合物电解质中,制备了复合聚合物电解质.通过DSC和交流阻抗等方法对该聚合物电解质膜的热力学和电化学性能进行了研究.结果表明,掺杂改性纳米SiO2的聚合物电解质具有更高的离子电导率,室温最高离子电导率可达到1.84×10-5 S/cm;具有较高的锂离子迁移数,最高可达到0.49,且具有更好的界面稳定性.     

BaPbO3与BaTiO3多晶态陶瓷缺陷结构对比

BaPbO，是具有类金属导电特性的钙钛矿结构导电陶瓷，其晶体结构由Ba2＋和O^2-离子紧密堆积形成，pb^4＋离子占据由O^2-离子形成的八面体空隙。BaTiO3同为钙钛矿结构的陶瓷材料，由Ba^2＋和O^2-离子紧密堆积形成，Ti^4＋离子占据由O^2-离子形成的八面体空隙。BaPbO3和BaTiO3的A位离子相同,B位离子都为可变价离子。     

甲胺铅碘前驱体薄膜放置过程中物质结构演变及对后续钙钛矿薄膜的影响

系统研究了甲胺铅碘(MAPbI_3)前驱体薄膜在室温大气中放置过程的物质结构变化过程,发现甲胺铅碘前驱体进一步生成了更多的MAPbI_3钙钛矿,大约220 min后MAPbI_3钙钛矿不再增加而且仍有前驱体。此外还分析了这种结构演变对后续钙钛矿薄膜热退火结果的影响,发现放置后的甲胺铅碘前驱体薄膜退火过程中的X射线衍射强度和紫外-可见吸收均比新制备的薄膜的低,而且通过原子力表面形貌图的对比发现,放置后的薄膜热退火后的薄膜晶体尺寸远小于新制备的甲胺铅碘前驱体薄膜热退火后的晶体尺寸,放置后的薄膜晶体尺寸约为0.2μm,新制备的薄膜晶体尺寸约为1.1μm。主要原因在于:甲胺铅碘前驱体薄膜由于在室温大气中放置过程中多生成了部分甲胺铅碘(MAPbI_3),因此晶体成核数量较多,晶粒数量增加,晶体存在较多缺陷,薄膜结晶度低,所以退火时X射线衍射强度和光谱强度较低,同时晶粒尺寸变小。研究为探讨甲胺铅碘钙钛矿生成机理提供了新的思路和方向,属于甲胺铅碘钙钛矿薄膜性质的基础性研究,对实际生产和工业应用有一定指导意义。     

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。     

控制碘化铅形貌两步连续刮涂法大面积制备甲脒基钙钛矿薄膜

钙钛矿太阳能电池在实现高性能光伏器件方面展现出巨大的商业化应用前景,但面临着一个最主要的挑战是开发工业化规模生产的大面积高质量钙钛矿薄膜制备工艺。在本研究中,为解决大面积印刷难题,通过两步连续刮涂法制备甲脒基钙钛矿吸光层。两步法中第一步沉积的PbI₂很容易形成致密的薄膜,这将导致后续沉积的有机胺盐无法和PbI₂充分完全反应,在钙钛矿薄膜中残留PbI₂,这会严重影响载流子的传输。为了实现理想的多孔PbI₂薄膜结构,我们通过在PbI₂前驱体溶液中引入四亚甲基亚砜(THTO)。通过形成PbI₂·THTO络合物,PbI₂的结晶过程被有效控制,易形成片状的PbI₂晶粒并沿着垂直基底方向上排列,得到了理想的纳米通道。这为后续的有机胺盐渗入提供了理想的纳米通道。最终5 cm × 5 cm模组实现了18.65%的功率转化效率,并具有出色的存储和热稳定性。这一结果展现了两步连续刮涂法策略在制备大面积钙钛矿太阳能电池方面具备一定的优势。     

4-氟苯乙胺基准二维钙钛矿的合成及其电致发光与激光性能

设计并开发了一种兼具电致发光和光学增益性能的准二维钙钛矿材料。通过向三维钙钛矿CsPbBr₃中引入大体积阳离子4-FPEA⁺(4-氟苯乙胺),利用简易的溶液旋涂法,制备了不同n值量子阱混合分布的准二维钙钛矿薄膜。通过紫外可见吸收光谱和光致发光光谱证明调整4-FPEA⁺的添加量可以对量子阱的分布进行有效调控。结合扫描电子显微镜和原子力显微镜证明4-FPEA⁺的加入可以降低薄膜表面粗糙度。当4-FPEA⁺和CsPbBr₃的物质的量之比为0.6时,薄膜的发光强度最高。将该材料应用在发光二极管(light emitting diodes,LEDs)中,结合冠醚作为添加剂辅助钝化缺陷,实现了外量子效率(EQE)为0.98%的绿光LED器件。在激光性能方面,该材料在室温条件下的最低阈值为17.42μJ·cm^-2,增益系数为35 cm^-1。