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摘要：有机无机混合型钙钛矿材料在最近几年得到了广泛的关注，引起了研究人的极大的兴趣。由于钙钛矿材料拥有高的载流子迁移速率、长的载流子寿命、长的载流子传输距离等优异性质，在光伏材料、发光材料等方面展现出极大的应用价值。甲铵类钙钛矿的基本特性以及其器件的最终性能仍然受其多晶薄膜的成膜质量，以及制备材料时引入的大量缺陷所限制，使其不能很好的发挥其优异的特性。在这里，我们通过升温析晶法制备出来大尺寸的 MAPbX3单晶， 其尺寸可达到 9x9x6mm。 我们探究了单晶的光学和热稳定性。最后，我们利用钙钛矿材料本身优异的光电特性以及单晶材料所带来的低缺陷和稳定性，制备光探测器，得到了较好的探测特性。48672
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毕业论文关键词：钙钛矿，升温析晶，大尺寸单晶，探测器
Title Grow the Single Crystals of CH3NH3PbX3(X=Cl、Br、I) PerovskiteAbstract：Organic-Inorganic hybrid perovskite have received extensive attention inrecent years, which has attracted great interest of researchers. perovskite showgreat application value in photovoltaic，luminescence field, Due to it’s highcarrier mobility, long carrier lifetime, the long carrier transmission distance,and excellent properties. The basic characteristics of MAPbX3 and final propertiesof the devices are still limiting by the quality of polycrystalline thin film anda large number of defects, Which makes it can’t be very good to play it’s excellentcharacteristics. Here, we use heating-up crystallization to grow the large sizesingle crystal of the MAPbX3. The size can reach 9x9x6mm. We explore its opticaland thermal stability. At last, we use the excellent photoelectric properties ofperovskite materials and the low defect and stability of single crystal materialsto make an optical detector, and get a better detection performance.
Keyword: Perovskite, heating-up crystallization, large size single crystals,detector
目 次
1 引言3
1.1 有机无机混合型钙钛矿材料简介3
1.1.1 钙钛矿材料的结构3
1.1.2 钙钛矿材料的基本物理性质3
1.2 MAPbX3(CsPbX3)钙钛矿材料的应用4
1.2.1 钙钛矿太阳能电池4
1.2.2 钙钛矿发光材料4
1.2.3 钙钛矿基探测器5
1.3 钙钛矿材料研究的现状及存在的问题5
1.4 小结和展望8
2 实验9
2.1 实验设备及药品9
2.2 实验过程9
2.2.1 前期工作9
2.2.2 MAPbX3晶体的制备9
2.2.3 样品的保存 10
2.2.4 探测器的制作 10
2.2.4.1 材料尺寸的选择 10
2.2.4.2 电极材料的选择 11
2.2.4.3 器件的结构 12
2.3 表征和测试 13
2.3.1 材料的 XRD表征 13
2.3.2 材料的吸收和PL 14
2.3.3 材料的热稳定性 14
2.3.4 探测器的性能测试 15
3 实验结果分析 16
3.1 MAPbX3 材料的XRD、吸收、PL分析结果 16
3.2 MAPbX3阴离子连续交换分析 17
3.3 MAPbI3单晶的热稳定性分析 19
3.4 钙钛矿基光探测器 20
结论22
致谢23
参考文献24
1 引言钙钛矿材料在最近几年得到了广泛的关注，引起了研究人的极大的兴趣。由于钙钛矿材料拥有高的载流子迁移速率、长的载流子寿命、很长的载流子传输距离、非常少的缺陷态密度等优异性质[1-6]，在光伏材料、发光材料等方面展现出极大的应用价值[7-9]。1.1 有机无机混合型钙钛矿材料简介1.1.1 钙钛矿材料的结构：如图1.1.1 所示，钙钛矿晶体为笼状结构，其的通式为 ABX3，其中 B原子最近邻有6 个X 原子，次近邻有12 个A 原子。通常B 原子为铅或锡，X为卤素原子，一般为 Cl、Br、I原子，而 A一般为铯（Cs）,甲铵（MA）, 甲醚（FA）等原子或基团。低温时，其为正交晶系，室温时为四方晶系[10]。由于其优秀的特性:高吸收系数，直接带隙，长的载流子寿命以及高的平衡空穴和电子迁移速率，已使之成为在光伏、光电领域中一个很热的研究方向。图 1.1.1 钙钛矿材料结构A)图为单个钙钛矿晶胞示意图； B)图为四方形和立方相的钙钛矿三维空间结构1.1.2 钙钛矿材料的基本物理性质MAPbX3有机无机混合型钙钛矿材料为直接带隙半导体，其中MAPbI3的带隙为1.53eV，MAPbBr3的带隙为2.24eV，MAPbCl3的带隙为 2.96eV,分别对应的吸收边为836nm，574nm，431nm。三种材料在室温下分别为四方晶系、立方结构和立方结构。48672