有机-无机杂化钙钛矿材料的skpm研究

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1、有机-无机杂化钙钛矿材料的SKPM研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：陈曦指导教师：刘如川研究员专业：物理学学科门类：理学重庆大学物理学院二O一六年四月万方数据万方数据StudyonPropertiesofOrganic-inorganicHybridPerovskitebySKPMAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofPhysicsByChenXiSupervisedbyLec.LiuRuchuanSpeci

2、alty:PhysicsCollegeofPhysicsofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016万方数据中文摘要摘要基于有机-无机杂化钙钛矿材料CH3NH3PbX3(X代表卤族元素)的太阳能电池在2009年异军突起，转换效率迅速从最初的3.8%上升到目前已经超过20%。同时，钙钛矿的合成只需采用简单的溶液法，需要的处理温度不超过150℃，是一种经济、高效的光伏材料。在钙钛矿太阳能电池快速发展的同时，背后的物理机制却还不甚明了，需要更多技术手段来阐明材料本身的光电性质。本文采用简单的溶液法合成了一系列常用的钙钛矿材料，包

3、括CH3NH3PbI3和CH3NH3PbI3-xClx、CH3NH3Pb(I1-xBrx)3和CH3NH3Pb(Br1-xClx)3等。利用SKPM分别研究了这些钙钛矿的形貌和表面电势，具体工作内容如下：（1）溶液法合成棒状结构和颗粒结构的CH3NH3PbI3钙钛矿。SKPM结果表明对于棒状结构的CH3NH3PbI3钙钛矿样品，它们的表面电势不受样品合成条件和样品尺寸的影响。证明了钙钛矿样品的电学性质稳定，对杂质、缺陷等不敏感。另外，SKPM结果表明在样品与FTO衬底的界面处，钙钛矿的能带向下弯曲大约45meV。（2）详细研究了颗粒结构的CH3NH3PbI3钙钛矿。首先

4、，通过SKPM的形貌图、相位图、电势图，综合分析出在钙钛矿颗粒的形成过程中，PbI2可能不会完全反应。样品的吸收谱结果也佐证了这一点。然后，研究了钙钛矿在不同类型导电衬底上的表面电势，说明钙钛矿的导电类型依赖于衬底的导电类型。另外，研究CH3NH3PbI3颗粒的光致电荷分离效应和在外电场作用下的形貌改变。（3）用SKPM研究不同浓度前驱体溶液制备的CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿的表面电势，认为CH3NH3PbI3-xClx的电势变化很有可能跟掺杂的氯元素含量相关。（4）用UV-vis、PL、SKPM等手段研究了混合型钙钛矿CH3NH3Pb(I1-xBrx)3和CH

5、3NH3Pb(Br1-xClx)3的光电性质。通过表面电势的变化，能够知道材料功函数的改变。对于部分样品中出现的局域功函数差别也进行了说明。关键词：钙钛矿，溶液法，SKPM，表面电势I万方数据重庆大学硕士学位论文II万方数据英文摘要ABSTRACTSince2009,organic-inorganichybridperovskiteCH3NH3PbX3(Xrepresentsahalogenelement)solarcellshaveattractedmuchattentioninPVindustryanditspowerconversionefficiencyhass

6、urpassed20%frominitial3.8%.Meanwhile,theperovskitecanbesynthesizedbysimplesolutionmethodandtherequiredprocessingtemperatureislessthan150℃,thusitisaneconomicalandefficientphotovoltaicmaterial.Despiteitsrapiddevelopment,thefundamentalphysicalmechanismsarestillunclear,requiringmoretechnical

7、meanstoclarifytheoptoelectronicpropertiesofthematerialitself.Inthisthesis,wesynthesizedaseriesofcommonperovskitematerialsbysimplesolutionmethod,includingCH3NH3PbI3,CH3NH3PbI3-xClx,CH3NH3Pb(I1-xBrx)3andCH3NH3Pb(Br1-xClx)3.ByusingScanningKelvinProbeMicroscope(SKPM),westudie