退火温度对CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜结构和电学特性的影响

采用一步溶液法制备的CH_3NH_3PbI_3薄膜,用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪对CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜的表面形貌和晶体结构进行表征。通过对薄膜的电流-电压(I-V)曲线的测试结果计算得到在退火温度为60,80,100,120和140℃制备的CH_3NH_3PbI_3薄膜的电导率分别为0.0069,0.0089,0.0178,0.0104和0.0013mS/cm。研究结果表明,合适的退火温度有助于薄膜结晶度的提高,晶粒尺寸的增大且尺寸分布均匀,从而有效减少晶界缺陷和晶界散射,薄膜电导率大幅度提高。但是,过高的退火温度(120℃)会导致碘离子VI空位缺陷的数量急增,甚至导致CH_3NH_3PbI_3的分解,使得薄膜内部的缺陷浓度提高。由于缺陷散射增强,载流子迁移率降低,薄膜电导率减小。     

无铅锡钙钛矿太阳电池薄膜的制备工艺研究

采用一步溶液法制备了锡钙钛矿电池薄膜,研究了前驱体溶液浓度、退火温度和掺杂对薄膜成膜性能的影响。分别利用扫描电镜(SEM)、XRD和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对薄膜的形貌、物相、吸收率和禁带宽度进行表征和测试。研究结果表明,当前驱体溶液浓度为30%、退火温度为100℃时的成膜性能较好,所制备的钙钛矿薄膜更加平整和光滑,覆盖率较高。CH_3NH_3SnI_3成分的钙钛矿薄膜具有最低的禁带宽度,其吸光性能优于其他成分的钙钛矿薄膜。掺杂Br、Cl离子会导致CH_3NH_3SnI_3成分的钙钛矿薄膜的禁带宽度增加,而吸光性能和结晶性能降低。     

两步旋涂沉积条件对钙钛矿薄膜形貌和电池性能的影响研究

钙钛矿薄膜的制备条件和生长过程对其太阳电池性能有着至关重要的影响。基于两步旋涂法,采用4种不同的薄膜工艺制备了平面异质结型钙钛矿太阳电池,系统地研究了CH3NH3PbI3薄膜形貌对于太阳电池性能的影响。实验发现,PbI_2溶液的溶剂成分以及CH_3NH_3I溶液的浓度对于生成的CH_3NH_3PbI_3光活性层形貌和太阳电池性能有着显著影响。相比于纯的N,N-二甲基甲酰胺(DMF),采用DMF/二甲基亚砜(DMSO)的混合溶剂配制PbI_2溶液,获得的钙钛矿薄膜层更加平整致密,器件性能更高且性能的重现性更好。通过制备条件的优化,得到了14.2%的最佳能量转换效率。此外还分析了器件伏-安(J-V)特性测量中出现的回滞现象及其可能原因,并发现在空穴层传输层和金电极间插入6nm MoO_3层能够显著地抑制J-V回滞效应。     

CH3NH3PbI3太阳能电池的制备及其光电性能研究

在旋涂过程中以乙醚作为反溶剂,采用一步旋涂法制备了不同比例二甲基甲酰胺(DMF)掺杂下的CH_3NH_3PbI_3型钙钛矿薄膜。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、元素分析仪、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等分析手段,研究了DMF掺量分别为0(纯DMSO),10%,30%,50%,70%和100%(质量分数)的CH_3NH_3PbI_3薄膜的晶体结构、形貌、晶粒尺寸和吸光性能。结果表明,采用不同比例DMF制备的CH_3NH_3PbI_3薄膜样品均得到了钙钛矿主相结构,随着DMF掺量的增大,钙钛矿主峰的强度出现先增强后减弱的现象,且在DMF掺量为70%(质量分数)时,强度达到最大;当DMF掺量为50%(质量分数)时,即m(DMF)∶m(DMSO)=1∶1时,薄膜样品表面较为致密,薄膜覆盖率高,薄膜表面为细小的等轴晶,晶粒尺寸在100～200 nm之间;所有薄膜样品的吸收边都在780 nm左右,随着DMF掺量的增大,薄膜样品的吸光性能呈现先增大后减小的趋势,当DMF掺量为50%(质量分数)时,即m(DMF)∶m(DMSO)=1∶1时,薄膜的吸光性能最好。     

Ag电极对钙钛矿太阳能电池性能的影响

采用两步浸泡法制备了不含有PbI_2的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿型光吸收材料。通过真空热蒸镀制备了钙钛矿太阳能电池银背电极并观察分析了热蒸发条件对银电极的影响,进而探讨了银电极对钙钛矿太阳能电池光电性能的影响。研究发现快速沉积银电极会影响其与空穴传输层的接触,增加串联电阻,减小电荷抽取面积。另外通过暗电流曲线与光照条件下的J-V曲线对比发现,热蒸镀银电极时较强的辐射对钙钛矿电池的有机层造成了损害。     

喷涂法制备MA_(1-x)Cs_xPbI_3掺杂有机无机杂化钙钛矿薄膜

利用喷涂成膜法,通过优化基底温度、溶剂组成、溶液浓度等条件,得到当基底温度为130℃,溶液体系为纯DMF(N,N-二甲基甲酰胺),钙钛矿质量分数为20%时的掺杂有机无机杂化钛薄膜(MA_(1-x)Cs_xPbl_3),所制备出的MA_(1-x)Cs_xPbI_3展现出最优的薄膜质量、光吸收性能,晶粒尺寸较大且均匀致密。X射线衍射分析结果表明,喷涂法制备的MA_(1-x)Cs_xPbI_3薄膜可在x达到0.20下仍观测不到杂相(CsPbI_3)。通过对薄膜的形貌分析和光学特性分析可知,MA_(0.9)Cs_(0.1)PbI_3具有晶粒尺寸大、可见光吸收性能好的特性。制备得到的MA_(0.9)Cs_(0.1)PbI_3薄膜较MAPbI_3薄膜的热稳定性有所提高。     

CH3NH3PbI3晶体的晶轴对其光电性能的影响

通过逆温结晶的方法制备了CH_3NH_3PbI_3单晶,用扫描电子显微镜观察晶体形貌、X射线粉末衍射仪测量晶体结构、拉曼光谱仪测量晶体光谱。此外,通过X射线单晶衍射仪确定了晶面方向,分别沿平行和垂直于晶体c轴方向对晶体进行切割,经打磨、抛光后在其对应的晶面上蒸镀电极进而制备出基于CH_3NH_3PbI_3单晶的光探测器。采用不同波长和偏振方向的激光照射光探测器的受光面后,测试了器件的光电特性。实验结果表明,当激光的电场分量E平行于晶体的晶轴时光探测器的光电流密度比电场分量E垂直于晶轴时(垂直样品)的光电流密度大两个数量级。通过计算得到,激光的电场分量E平行于晶体晶轴时,光探测器的光响应度(R)是垂直样品的58倍、光暗电流比(P)的10倍和外量子效率(EQE)的66倍。发现CH_3NH_3PbI_3单晶的晶轴对晶体的光电性能影响很大。     

NMP溶剂退火制备高效钙钛矿太阳电池

钙钛矿薄膜中的PbI2缺陷会引起载流子复合,降低电池性能。通过对一步法制备的钙钛矿薄膜进行NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶剂退火,减少热处理过程中有机阳离子的损失,实现钙钛矿晶界处PbI2缺陷的减少,同时增大晶粒尺寸、实现薄膜粗糙度及起伏度的调控。结果表明NMP溶剂退火方法可抑制薄膜中的非辐射复合,降低缺陷态浓度,实现薄膜光吸收的增强,从而提高钙钛矿太阳电池的短路电流和填充因子。与未经过NMP溶剂退火处理的电池相比,该方法制备的钙钛矿太阳电池的平均效率提高10.51%,最高效率提高22.15%。     

低温ALD沉积Al掺杂TiO_2薄膜性能的研究及在钙钛矿太阳电池上的应用

以四异丙醇钛、三甲基铝和去离子水分别为钛源、铝源和氧源,低温条件下用原子层沉积(ALD)技术在FTO导电玻璃上制备TiO_2薄膜和掺杂不同比例元素Al的TiO_2(ATO)薄膜,并将其作为光阳极用于平面钙钛矿太阳电池。测量TiO_2和不同Al比例掺杂的ATO薄膜X射线衍射,研究掺杂比对TiO_2晶格的影响。同时,以FTO导电玻璃为基底在TiO_2(或ATO)薄膜上沉积Al做电极制备FTO/TiO_2/Al和FTO/ATO/Al,测量它们的I-V曲线,研究Al掺杂对TiO_2薄膜导电性能的影响。最后,以TiO_2和掺杂比为1:120制备的ATO为光阳极,组装成钙钛矿太阳电池器件FTO/TiO_2(或FTO/ATO)/CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x/spiro-OMETAD/Au,测量电池J-V特性曲线。与TiO_2为光阳极器件相比,掺杂比为1:120的ATO基器件开路电压从0.89提高到1.01 V,填充因子从59%提高到64%,光电转换效率由9.26%提高到11.31%。发现少量Al掺杂不会改变TiO_2薄膜晶型结构,但是会改变TiO_2电阻。     

一步溶液法制备FA_(0.95)Cs_(0.05)PbI_(3-x)Cl_x钙钛矿太阳电池

采用一步法制备了FA_(0.95)Cs_(0.05)PbI_(3-x)Cl_x钙钛矿薄膜,研究了CsI对钙钛矿薄膜形貌、光学性质及电池性能的影响。研究结果表明,与FAPbI(3-x)Clx体系相比较,当掺杂少量CsI时,FA_(0.95)Cs_(0.05)PbI_(3-x)Cl_x钙钛矿层薄膜晶粒尺寸明显增大且紧密堆积;在300~810nm范围内,紫外-可见吸收光谱吸收明显增强;通过构筑FA_(0.95)Cs_(0.05)PbI_(3-x)Cl_x电池器件的开路电压Voc=0.88V,光电转换效率PCE=5.86%。     

Sol-gel法制备Pb(Zr0.53Ti0.47)O3铁电薄膜

利用Sol-gel工艺在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Pb(Zr0.53Ti0.47)O3(PZT)薄膜,研究了退火温度、保温时间和薄膜厚度对其晶相、微观结构和铁电性能的影响.在500℃退火处理的PZT薄膜开始形成钙钛矿相;在550℃退火处理的PZT薄膜基本形成钙钛矿相结构;升高退火温度(500～850℃)、延长保温时间(30～150min)、增加薄膜厚度(120～630nm)都有利于PZT晶粒的长大.在650～750℃退火的PZT薄膜具有较好的铁电性能,保温时间对PZT薄膜的铁电性能影响不大,PZT薄膜的厚度为200～300nm时可以得到比较好的铁电性能.在退火温度750℃、保温时间30min条件下退火处理厚310nm的PZT薄膜,其剩余极化值(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别是72μC/cm2、158kV/cm.     

基于氧化石墨烯空穴传输层的平面异质结钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池中传统空穴传输层Spiro-OMeTAD存在昂贵、易污染环境且制备困难等缺点,本工作采用氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)作为空穴传输层,研究了不同浓度GO溶液制备的衬底对器件光电性能的影响.首先,采用旋涂法制备了GO薄膜,通过对分散液浓度的控制获得了不同厚度的GO衬底.其次,制备了结构为ITO/GO/CH3 NH3 PbI3/PCBM/Ag的平面型器件,对不同GO衬底的器件的光电性能进行表征及对比分析.研究表明:GO衬底缺陷会抑制CH3 NH3 PbI3晶粒的择优取向生长,形成可诱导CH3 NH3 PbI3晶粒产生横向聚集的籽晶,从而改善钙钛矿薄膜的成膜性,并增大钙钛矿晶粒尺寸.由浓度为0.25 mg/mL的分散液制备的GO薄膜衬底上生长的钙钛矿晶粒尺寸最大为900 nm.此外,该浓度对应的GO衬底上制备的钙钛矿薄膜的光致发光相对强度峰值为2000,电荷转移效率相对最高,为52.8％.由该衬底制备的GO基钙钛矿太阳能电池的光电转化效率最高可提升至8.69％.     

TiO2纳米碗阵列作为电子传输层构筑高效率彩色钙钛矿太阳能电池（英文）

钙钛矿太阳能电池的飞速发展及其在构筑一体化和可穿戴器件中的应用前景激发了人们对于彩色钙钛矿太阳能电池的浓厚兴趣,但如何将可见光宽波段吸收且具有高吸光系数的钙钛矿材料构筑成高性能的彩色太阳能电池仍是一个挑战.本文利用TiO2纳米碗阵列作为结构化的电子传输层,并在纳米碗内均匀填充一层CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜,成功制备了具有鲜艳结构色的钙钛矿@TiO2纳米碗阵列薄膜,其结构色具有显著的角度依赖特征.通过路易斯酸碱加合物法制备得到基于醋酸铅的新型晶态中间体薄膜,使得高质量的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜能够在纳米碗内均匀填充.利用该钙钛矿@TiO2纳米碗薄膜可以制备出具有鲜艳结构色的平面异质结钙钛矿太阳能电池,其最高光电转化效率可以达到16.94%,平均效率达到15.47%,均高于现已报道的彩色钙钛矿太阳能电池的转化效率.     

冷冻产品用无机盐相变蓄冷材料的制备及性能研究

研制了一种适用于冷冻产品贮藏运输的高效低温无机盐相变蓄冷材料。将NH4Br、KCl、CaCl_2等无机盐与NH_4Cl复配,利用差式扫描量热仪(DSC)筛选了NH_4Br-NH_4Cl无机盐共混物作为主储能剂,通过添加不同成核剂改善过冷性能,添加不同浓度的黄源胶改善相分离。结果表明:以30%(wt,质量分数,下同)NH_4Br-NH_4Cl无机盐共混物作为主储能剂,1%SrCl_2作为成核剂,5%黄原胶作为增稠剂可获得相变温度为-18~-22℃、相变潜热为288.7J/g、过冷度小、无相分离的相变蓄冷材料。NH_4Br-NH_4Cl无机盐共混物作为主储能剂能够达到冷冻产品温度且对相变潜热影响较小,SrCl_2作为成核剂基本无过冷,黄原胶作为增稠剂解决相分离具有显著效果。     

有机/无机层状类钙钛矿(C12 H25 NH3)2 PbI4晶体及薄膜的制备与结构表征

介绍了有机/无机类钙钛矿(C12H25NH3)2PbI4的晶体和薄膜的制备,并采用了XRD、SEM、AFM和PL表征材料的结构、形貌及光学特性等.XRD实验表明制备的(C12 H25NH3)2PbI4晶体结晶度高.探索旋涂法制备工艺参数对薄膜结构的影响,在薄膜XRD中几乎只能观察到(0021)晶面的衍射峰,表明有机/无机类钙钛矿层沿平行与基片方向择优生长,SEM和AFM表明薄膜致密性较好,表面粗糙度较小.     

溶胶–凝胶法制备Au-BaTiO_3纳米复合薄膜及其介电性能

采用溶胶–凝胶法在Pt/Ti/Si O2/Si基板上制备了Au-Ba Ti O3纳米复合薄膜,并且对其晶体结构、微观组织和介电性能进行了研究。结果表明,Au在复合薄膜中以直径为5~22 nm的Au纳米粒子弥散地分布在Ba Ti O3基体中。Au的添加量对复合薄膜的介电性能和表面形貌有很大影响,其最佳添加量约为5mol%。复合薄膜经过550℃的低温退火已经完全结晶为钙钛矿相,其介电常数与700℃退火的纯Ba Ti O3薄膜的相当。在Au-Ba Ti O3复合薄膜的结晶过程中,一方面,Au纳米粒子可能促进了中间相的分解;另一方面,Au纳米粒子诱发了钙钛矿相的异质形核,促进了Ba Ti O3的结晶化。因此,Au纳米粒子大幅度地降低了复合薄膜的退火温度,并显著提高了复合薄膜的介电性能。     

Sol-gel法制备Si基Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电薄膜

采用Sol-gel法分别在Si(100)和Si(111)衬底上制备Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)(BNT)铁电薄膜。研究了衬底、退火温度、退火保温时间和薄膜厚度等因素对BNT铁电薄膜结晶和微观结构的影响。在500℃退火的BNT薄膜已经结晶形成层状钙钛矿相;升高退火温度(500～800℃)、延长保温时间(30～150min)、增加薄膜厚度(170～850nm),都有利于BNT薄膜晶粒长大,其中退火温度和薄膜厚度是影响晶粒长大的关键因素;每次涂覆的厚度大约是85nm。与Si(100)衬底相比,由于Si(111)与BNT薄膜具有更好的晶格匹配,因此BNT薄膜在Si(111)衬底上更容易结晶。     

单晶TiN颗粒为前驱体制备TiO2薄膜及其光催化性能（英文）

为了开发高活性的二氧化钛(TiO2)光催化剂,通过简易的两步法制备了TiO2薄膜.首先将钛片放入氮化钛(TiN)纳米颗粒悬浮液中,然后干燥这一体系制得TiN/Ti薄膜,最后通过煅烧TiN薄膜前驱体制备了平整均一的二氧化钛(TiO2)薄膜.通过考察退火温度对样品光吸收性能的影响,确定最优退火温度为500℃.在此条件下制备的TiO2为多晶锐钛矿,吸收边带400 nm.以制备的TiO2薄膜为催化剂,3 h内苯酚的降解率达到88%,远大于使用德固赛TiO2(P25)时的62%,制备的二氧化钛薄膜比P25显示出更优良的光催化性能,其光催化降解苯酚的动力学常数为P25的2.2倍.     

退火温度对Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3薄膜结构及其性能的影响

采用sol-gel法在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上制备Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)对其晶格结构和微观形貌进行了表征,通过改变退火温度制得了具有单一钙钛矿结构的Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3薄膜.然后将该薄膜与环氧树脂形成复合结构材料.对其铁电性能以及复合材料的阻尼性能进行了测试,结果表明,退火温度的升高有利于改善薄膜的铁电性能,在750℃下退火的Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3薄膜,其剩余极化值2Pr达到了68.6μC/cm~2, 矫顽场强2E_c达到158.7kV/cm;同时退火温度的升高还有利于薄膜致密度的提高,对复合材料的阻尼性能也有一定的改善,当退火温度达到800℃,复合材料的阻尼损耗因子达到最大值,阻尼温域最宽,阻尼性能最好.     

弛豫铁电体基陶瓷薄膜的溶胶-凝胶制备和电性能研究

采用溶胶-凝胶工艺成功地制备了纯钙钛矿结构的Pb(Mg1/3Nb2/3)0.65Ti0.35O3(简称PMNT)弛豫型铁电陶瓷薄膜,分析了溶胶先驱体中铅含量对PMNT薄膜钙钛矿结构稳定性的影响规律,表明热退火过程的氧化铅气氛层覆盖技术对获得纯钙钛矿结构PMNT薄膜材料至关重要,系统测试了纯钙钛矿PMNT薄膜材料的铁电和介电性能,提出弛豫型铁电PMNT陶瓷薄膜制备中晶粒自由结晶和异常生长动力学机制.