CH3NH3PbI3钙钛矿太阳电池晶粒尺寸及光电性能调控

钙钛矿薄膜的晶粒尺寸对器件性能影响很大。采用湿润性不同的空穴传输层以及不同浓度的CH3NH3I（MAI）溶液,使用热退火和溶剂气氛退火的方法制备出CH3NH3PbI3薄膜及相应电池。测量了不同制备条件的钙钛矿薄膜的X射线衍射、扫描电子显微镜、光致发光谱,以及器件的电流密度-电压曲线。结果表明,溶剂气氛退火可以有效地增大薄膜的晶粒尺寸,提高器件的电流密度;较高浓度的MAI能将PbI2完全转化为CH3NH3PbI3,增大晶粒尺寸;不湿润的功函数更高的空穴传输层有利于电池效率的提高。制备了最高效率为13.3%的CH3NH3PbI3钙钛矿电池,为制备更大晶粒的钙钛矿薄膜与更高效率的钙钛矿太阳电池奠定了基础。     

溶剂热处理法制备的钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜的微观形貌与电池性能的研究

近年来研究表明,通过增大晶粒尺寸和减少晶界数量可以有效减小钙钛矿太阳能电池的漏电流和增大并联电阻,极大地增加其能量转化效率。溶剂热处理工艺是一种利用溶解再结晶的原理增大薄膜晶粒的实用工艺,可用于制备大晶粒高质量的多晶薄膜。本文制备了不同溶剂热处理时长的旋涂制备的钙钛矿CH₃NH₃PbI₃薄膜,利用SEM和XRD分析了其形貌和晶体结构的变化,探索了薄膜晶粒形貌与电池性能的对应关系,应用优化后的溶剂热处理工艺成功制备出大晶粒、高性能的钙钛矿薄膜。实验表明,溶剂热处理法制备的钙钛矿CH₃NH₃PbI₃薄膜平均晶粒尺寸接近3μm,较普通热处理方法制备的薄膜晶粒尺寸(约300 nm)有显著增大。     

两步沉积法制备锡基钙钛矿及其全溶液工艺太阳能电池性能

两步沉积法中胺盐的传统溶剂异丙醇会对锡基钙钛矿产生严重破坏,因此探索其他溶剂制备锡基钙钛矿非常重要。利用4-甲基-2-戊醇取代异丙醇充当胺盐的溶剂,并在胺盐中添加苯乙基溴化胺(PEABr),通过两步沉积法制备了锡基钙钛矿薄膜及全溶液工艺太阳能电池。实验结果表明,相比于异丙醇,使用4-甲基-2-戊醇作为胺盐溶剂,可降低对锡基钙钛矿的破坏作用,促进锡基钙钛矿结晶成膜,原因可能是该溶剂分子的烷基部分可以增加对羟基的空间位阻。但未添加PEABr时,制备的FASnI₃薄膜存在许多针孔,器件光电转换效率(PCE)仅为0.24%;在添加摩尔占比为0.3 (n (PEABr)/n (FAI+PEABr)=0.3)的PEABr时,制备的锡基钙钛矿薄膜针孔减少,致密度提高,表面形貌得到改善。利用全溶液工艺制备的基于该薄膜的太阳能电池PCE达到4.15%。该研究有助于促进两步沉积法制备锡基钙钛矿薄膜及其光伏器件的进一步发展。     

PbI2对钙钛矿薄膜及太阳电池性能的影响

碘化铅(PbI₂)是两步法制备钙钛矿薄膜最常使用的金属卤化物前驱体,精确控制PbI₂在钙钛矿薄膜中的含量和空间分布以及优化PbI₂薄膜的形貌结构对于制备高效稳定的太阳电池具有重要意义。探索了PbI₂的浓度和退火方式对钙钛矿薄膜及太阳电池性能的影响。研究发现,PbI₂溶液的浓度不仅决定钙钛矿薄膜中PbI₂的含量,也影响钙钛矿的晶粒尺寸、取向及光学吸收等性质,从而导致器件性能的改变,当钙钛矿薄膜表面分布约45%的PbI₂时器件性能更佳。此外,PbI₂的形貌、结晶性和孔隙度受退火方式的影响显著,与溶剂退火相比,通过短暂的1 min热退火制备的PbI₂薄膜更有利于减少钙钛矿表界面缺陷,提升器件的开路电压,最终使器件的基础光电转换效率(PCE)可以提升至20.89%。上述研究结果有助于进一步优化钙钛矿太阳电池制备工艺,提升器件性能。     

CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜阵列光电探测器

将光电性能优异、可通过低温溶液法制备的卤化物钙钛矿制成阵列型光电探测器,必将推动其在成像、光通信等领域中的应用。然而,卤化物钙钛矿易被常规溶剂(包括显影液)溶解,导致其与光刻工艺不兼容。自组装单分子疏水层结合光刻工艺的亲水-疏水图形基底制备方法能解决制备过程中极性溶剂与钙钛矿材料不兼容的问题,通过简单的旋涂(极性钙钛矿前驱体溶液仅在亲水图形区域浸润)、低温退火,可以快速获得钙钛矿阵列。CH₃NH₃PbI₃薄膜阵列光电探测器具有良好的光电性能, 530 nm光辐照下探测率为4.7×10¹¹ Jones,响应度为0.055 A/W。这项工作为制备图案可控的钙钛矿薄膜阵列光电探测器提供了一种简单而有效的策略。     

浴铜灵有机分子材料对钙钛矿薄膜表面的钝化作用

采用2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲(浴铜灵,缩写:BCP)有机小分子作为钙钛矿薄膜与电子传输层之间的界面修饰层,从而使得反型结构的钙钛矿太阳电池性能得到显著改善。通过扫描电子显微镜研究发现:BCP分子可在钙钛矿薄膜样品表面的晶界间充分填充,推测其抑制了界面缺陷态的产生。进一步研究器件内部界面电荷的累积,并结合交流阻抗谱的分析,证实经BCP钝化的钙钛矿太阳电池中界面电荷的累积减少,光生载流子的复合被抑制,电池的光电转换效率由原来的15.7%提升到了17.4%。     

有机添加剂在钙钛矿电致发光器件中的应用

为了得到高色纯度、高发光效率且制备方法简单的深红光钙钛矿电致发光器件(LED),本文选用乙胺碘(Ethylammonium Iodide (EAI)作为有机添加剂,掺杂在溶剂为N'N-二甲基甲酰胺(DMF)的CsPbBr0.5I2.5钙钛矿前驱体溶液中,采用旋涂的方法且在不使用反溶剂的情况下,得到不同EAI掺杂比例的钙...     

空气环境中湿度对钙钛矿太阳能电池微观形貌与光电效率的影响

有机无机卤化钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸收层对外界的湿度非常敏感,所以目前绝大多数钙钛矿太阳能电池的制备、封装都是在手套箱中完成的。从便于工业规模化角度,在全空气环境下,采用气相辅助溶液法制备了平板结构的钙钛矿太阳能电池,研究了外界湿度与钙钛矿膜形貌、电池效率之间的关系。通过比较研究发现:在全空气环境中,湿度从70%下降为20%时,电池的转换效率从0.95%增加到5.81%。分析认为湿度的降低,增加了钙钛矿膜的覆盖率以及减少膜的缺陷,改善了电池开路电压、短路电流等性能参数。     

溶胶-凝胶法制备掺铌的SrTiO_3薄膜

采用溶胶 -凝胶法 ,用醋酸锶、钛酸丁酯、乙醇铌作为前驱体 ,用旋涂法制备掺铌钛酸锶多晶薄膜。用醋酸作为醋酸锶溶剂 ,并用丙三醇作为辅助溶剂 ,溶胶浓度及黏度均可在较大范围内调节。经 6 0 0℃热处理后薄膜转化为钙钛矿结构 ,扫描俄歇电子显微镜所做表面形貌与元素分析表明薄膜均匀、无裂纹、表面光滑、晶粒细小。     

前驱物性质对PMN-PT弛豫铁电薄膜制备的影响

以无机盐为原料,柠檬酸和EDTA为复合螯合剂,乙二醇为溶剂制备PMN-PT弛豫铁电薄膜,研究了复合金属有机盐前驱物的性质对薄膜结构和成膜质量的影响。结果表明:成膜的前驱物最佳浓度为0.35～0.40mol/L;苯甲酸添加剂参与溶胶的聚合,有利于钙钛矿结构相的形成。获得了均匀连续的近全钙钛矿结构相(≥99%)PMN-PT弛豫铁电薄膜。     

钛酸钙对BZN-CaTiO3系统介电性能的影响

研究了利用电子陶瓷工艺制得的主晶相为Ba(Zn1/3Nb2/3)O3(BZN)和CaTiO3的新型陶瓷,BZN具有立方钙钛矿结构。通过烧结温度的改变得到不同介电性能的陶瓷材料,发现CaTiO3的添加量对系统介电性能有显著影响。在1 395℃烧结的BZN-CaTiO3陶瓷,当CaTiO3的添加量为60%(质量分数)时介电性能最佳,其εr为99.97,tgδ为0.54×10-4,αC为–13.05×10-6℃–1(25~85℃,1MHz下测量)。     

Nonlinear Absorption Applications of CH3NH3PbBr3 Perovskite Crystals

Researchers have recently revealed that hybrid lead halide perovskites exhibit ferroelectricity, which is often associated with other physical characteristics, such as a large nonlinear optical response. In this work, the nonlinear optical properties of single crystal inorganic–organic hybrid perovskite CH₃NH₃PbBr₃ are studied. By exciting the material with a 1044 nm laser, strong two‐photon absorption‐induced photoluminescence in the green spectral region is observed. Using the transmission open‐aperture Z‐scan technique, the values of the two‐photon absorption coefficient are observed to be 8.5 cm GW^?1, which is much higher than that of standard two‐photon absorbing materials that are industrially used in nonlinear optical applications, such as lithium niobate (LiNbO₃), LiTaO₃, KTiOPO₄, and KH₂PO₄. Such a strong two‐photon absorption effect in CH₃NH₃PbBr₃ can be used to modulate the spectral and spatial profiles of laser pulses, as well as to reduce noise, and can be used to strongly control the intensity of incident light. In this study, the superior optical limiting, pulse reshaping, and stabilization properties of CH₃NH₃PbBr₃ are demonstrated, opening new applications for perovskites in nonlinear optics.     

Improved performance of CH3NH3PbI3 based photodetector with a MoO3 interface layer

Planar CH₃NH₃PbI₃ perovskite based photodetectors are fabricated by a facile and low-cost one-step method. The devices show broad spectral photoresponse from the ultraviolet to whole visible region and the performance can be significantly improved by the introduction of a bipolar transporting MoO₃ interface layer between CH₃NH₃PbI₃ film and Au electrode. The photocurrent of the device with an optimized MoO₃ layer is about twice that of the reference device without MoO₃ layer, which results in a high ON/OFF current ratio of 5.9 × 10³ at 5 V. Besides, slightly increased photoresponse speed is also found in the optimized device with rise time and decay time of 21.6 and 9.9 ms, respectively. The improvement can be attributed to the improved hole and electron collection efficiency and the quickly filled in or emptied trap states at the CH₃NH₃PbI₃/Au interface due to the introduction of the bipolar transporting MoO₃ layer.     

Bi3+, Eu 3+, Tb3+ 掺杂Lu3TaO7的发光性能研究

采用固相反应法制备了Bi ³⁺ 、Eu³⁺ 、Tb³⁺ 掺杂的Lu₃TaO₇。测量了样品的X射线衍射谱、激发和发射光谱及荧光衰减曲线。三种离子掺杂的Lu₃TaO₇均呈现出强的荧光发射,其中Bi³⁺具有峰位在431 nm处的一强发射宽带,衰减寿命为16.8 μs,Eu ³⁺ 、Tb ³⁺ 则表现出稀土离子的特征锐发射峰,衰减寿命分别为1.26 ms和1.20 ms。因此,它们均是具有潜在应用前景的重闪烁体材料。     

BiYbO_3-BaTiO_3-LiNbO_3陶瓷微结构与性能研究

研究了不同成分的BiYbO_3-BaTiO_3-LiNbO_3陶瓷的晶体结构、表面形貌与介电、铁电性能。研究结果表明,BiYbO_3-BaTiO_3-LiNbO_3预烧粉体均为纯相,烧结后试样中存在少量的Bi2O_3和Yb_2TiO_5第二相,其组织致密、多边形状晶粒中有少量细小的球状晶粒存在。0.25BY-0.7BT-0.05LN陶瓷的介电常数最大(ε_(rmax)=280),剩余极化强度相对较大,P_r=0.47μC/cm2,矫顽场强E_c=19.04kV/cm。0.1BY-0.8BT-0.1LN陶瓷的剩余极化强度最大(P_(rmax)=0.83μC/cm~2),矫顽场强E_c=17.86kV/cm。     

Origin of Hysteresis in CH3NH3PbI3 Perovskite Thin Films

Organic–inorganic hybrid perovskite solar cells are attracting the attention of researchers owing to the high level of performance they exhibit in photovoltaic device applications. However, the attainment of an even higher level of performance is hindered by their anomalous current–voltage (I–V) hysteresis behavior. Even though experimental and theoretical studies have suggested that the perovskite materials may have a ferroelectric nature, it is still far from being fully understood. In this study, the origin of the hysteresis behavior in CH₃NH₃PbI₃ perovskite thin films is investigated. The behavior of ferroelectricity using piezoresponse force microscopy is first examined. Then, by comparing the scan‐rate‐dependent nano/macroscopic I–V curves, it is found that ion migration assisted by the grain boundaries is a dominant origin of I–V hysteresis from a macroscopic viewpoint. Consequently, the observations suggest that, even though ferroelectricity exists in the CH₃NH₃PbI₃ perovskite materials, ion migration primarily contributes to the macroscopic I–V hysteresis. The presented results can provide fundamental guidelines to the resolution of hysteresis issues in organic–inorganic hybrid perovskite materials.     

Er3 /Yb3 共掺TeO2-WO3-Bi2O3玻璃的光谱性质

用高温熔融法制备了Er3+/Yb3+共掺的TeO2-WO3-Bi2O3玻璃,研究了该玻璃的吸收和荧光光谱性质.应用Judd-Ofelt(JO)理论计算了Er3+的谱线强度、自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命等光谱参数,并拟合了相应的强度参数Ωt(t＝2,4,6).Er3+在该玻璃中4I13/2→4I15/2发射的荧光半高宽(FWHM)为77nm,应用McCumber理论计算的受激发射截面为1.03×10-20cm2.其带宽特性FWHM×σpeake乘积优于掺Er3+的硅酸盐、磷酸盐和铋酸盐玻璃,说明这是一种制备宽带光纤放大器的优良基质材料.Er3+在400～850nm波长范围存在着5个上转换发射峰,分别对应Er3+的激发态4I7/2、2H11/2、4S3/2、4F9/2和4I9/2到基态4I15/2的发射,分析了其可能存在的上转换过程.     

红外材料Tl3AsSe3晶体的生长

Ｔｌ３ＡｓＳｅ３是一种性能优良的红外非线性和声光材料。我们用元素直接化合的方法制备了多晶料，利用Ｂｒｉｄｇｍａｎ方法生长出了Ｔｌ３ＡｓＳｅ３晶体并对该晶体进行了初步测试。报道了我们的生长方法及有关结果。     

PbI2掺杂对CH3NH3PbI3光电性能的影响

采用溶液生成法制备了有机铅卤化钙钛矿(CH3 NH3PbI3)晶体粉末,并以过量的PbI2对其进行掺杂,采用X射线衍射谱(XRD)技术研究了掺杂前后样品的晶体结构变化.表面光电压谱(SPS)和相位谱(PS)显示掺杂前后的CH3 NH3 PbI3均为p型半导体,但后者有更强的光伏响应.场诱导表面光电压谱(FISPS)表明:当加正电场时,掺杂前后的CH3NH3PbI3均表现为p型半导体的载流子特性,当加负偏压时掺杂后的CH3NH3PbI3易形成反型层,出现光伏反转,且外加负偏压越大,光伏反转区域越大,表现出双极导电特性.     

Cr3+,Yb3+,Er3+共掺磷酸盐铒玻璃中Ce3+和Cr3+离子对光谱性质的影响

研究了 Cr3+ ,Yb3+ ,Er3+共掺磷酸盐铒玻璃的吸收光谱和荧光光谱性质。通过测定和计算各种 Cr3+ ,Yb3+ ,Er3+ 共掺磷酸盐铒玻璃的光谱参数 ,初步探明了 Ce3+ 和 Cr3+ 离子浓度含量对 Cr3+ ,Yb3+ ,Er3+ 共掺磷酸盐铒玻璃光谱性质的影响。结果表明 ,Ce O2 含量为 2 .8mol- %,Cr2 O3含量为 0 .0 8wt.- %玻璃的光谱性质较好。Ce3+ 离子价态的变化也对玻璃的光谱性质有重要影响。 Ce3+ 离子的存在更有利于对抽运光的吸收和能量的传递。在 Cr3+ ,Yb3+ ,Er3+共掺磷酸盐铒玻璃中实现了 Er3+荧光寿命达 8m s,受激发射截面为 0 .8× 1 0 - 2 0 cm2的光谱特性 ,为今后该玻璃的激光实验提供了重要参数。