CH3NH3PbI3晶体的光电性能研究

摘要

近几年，有机-无机杂化钙钛矿材料因其在光电探测器、光伏电池、发光器件和光电传感器中的成功应用而受到广泛关注。目前，关于有机-无机杂化钙钛矿材料所制造器件的研究大部分都基于（100）和（112）等面，很少有涉及晶体晶轴与器件性能关系的研究。在本研究工作中，我们沿着与CH3NH3PbI3晶体的晶轴成不同角度的方向切割样品。用切割出的样品制造出光电探测器和有机场效应管（Organic field effect transistor，OFET）等器件，并测量了器件的性能参数。研究了CH3NH3PbI3晶体的晶轴对其制备的器件光电性能的影响。本文以CH3NH3PbI3晶体为研究对象，具体工作内容如下： 1、通过逆温结晶的方法制备了CH3NH3PbI3单晶。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱、光致发光谱、紫外-可见-近红外吸收光谱对材料进行了表征。实验结果显示，晶体表面平整，在微观上具有良好的均匀性；CH3NH3PbI3单晶成分纯净，无杂质；拉曼谱峰位标准、无偏移，光致发光谱峰位轻微蓝移；吸收光谱显示吸收边缘清晰。实验结果表明，制备的CH3NH3PbI3晶体是高质量的，具有较低的陷阱密度。 2、研究了CH3NH3PbI3单晶的晶轴对其制备的光电探测器的光电性能的影响。分别沿平行和垂直于晶体晶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光电探测器。采用不同波长和偏振方向的激光照射光电探测器的受光面，测试器件的光电特性。实验结果表明，当激光的电场分量E平行于晶体的晶轴时，光电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，光电探测器的光响应度是垂直样品的58倍、光暗电流比的10倍和外量子效率的66倍。 3、进一步研究CH3NH3PbI3晶体的晶轴对所制造的OFET性能的影响。分别沿电场E与晶体晶轴成0°、30°、60°、90°和180°的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，采用聚偏氟乙烯作为绝缘层，进而制备出顶栅极结构OFET。用半导体表征系统提供不同的源电压，观察电流随外加电场变化的I-V曲线。实验结果表明，制备的OFET具有很好的输出特性。随着电场E与CH3NH3PbI3晶体晶轴角度的变化，源、漏极之间的电流IDS大小也会发生变化，0°时的电流IDS会比其他角度的电流大。另外，电场E与晶体晶轴成0°时，在VDS=5V时电流IDS达到饱和值，其他角度无明显饱和现象。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 有机-无机杂化钙钛矿

1.2 有机-无机杂化钙钛矿的结构

1.2.1 容积因子

1.2.2 温度对钙钛矿结构的改变

1.3 有机-无机杂化钙钛矿的性能与应用

1.3.1 性能与应用

1.3.2 缺陷

1.4 CH3NH3PbI3单晶的主要制备方法

1.4.1 降温结晶法（STL）

1.4.2 逆温结晶法（ITC）

1.4.3 蒸发结晶法（EC）

1.4.4 溶剂辅助结晶法（SAC）

1.5 本课题的研究内容和意义

第二章 CH3NH3PbI3晶体的制备与表征

2.1 实验前期准备

2.1.1 制备CH3NH3PbI3单晶的实验药品

2.1.2 制备CH3NH3PbI3单晶的实验仪器

2.2 实验过程

2.2.1 CH3NH3I前驱物的制备

2.2.2 CH3NH3PbI3单晶的制备

2.3 表征与测试

2.3.1 CH3NH3PbI3晶体的XRD谱

2.3.2 CH3NH3PbI3晶体的SEM图

2.3.3 CH3NH3PbI3晶体的Raman谱和PL谱

2.3.4 CH3NH3PbI3晶体的光吸收谱

2.4 小结

第三章 光电探测器

3.1 光电探测器的研究现状

3.2 光电探测器的制备过程

3.3 光电探测器的性能测试

3.4 结果与讨论

3.4.1 光电探测器的Ⅰ-Ⅴ曲线

3.4.2 光电探测器的R、P和EQE

3.5 小结

第四章 有机场效应晶体管

4.1 有机场效应晶体管

4.1.1 有机场效应晶体管的工作原理

4.1.2 有机场效应晶体管的研究现状

4.2 有机场效应晶体管的制备过程

4.3 有机场效应晶体管的性能测试

4.4 结果与讨论

4.5 小结

第五章 全文总结

5.1 本文研究总结

5.2 后续工作及设想

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢