新型全无机卤素钙钛矿的材料制备与光电性质研究(精)/清华大学优秀博士学位论文丛书

目 录

第1章 引言 1

1.1 卤素钙钛矿材料 2

1.2 钙钛矿太阳能电池 4

1.2.1 钙钛矿太阳能电池的发展概述 4

1.2.2 钙钛矿太阳能电池的稳定性概述 5

1.3 钙钛矿太阳能电池的热稳定性机理研究进展 7

1.3.1 基于器件结构的热稳定性机理研究 7

1.3.2 基于材料与薄膜的热稳定性机理研究 10

1.4 全无机卤素钙钛矿的研究进展 15

1.4.1 A=Cs+的全无机卤素钙钛矿 15

1.4.2 新型全无机卤素钙钛矿材料 20

1.5 研究思路及主要内容 30

第2章 实验方法 32

2.1 实验试剂 32

2.2 太阳能电池制备 33

2.3 材料合成 33

2.3.1 气相扩散法制备γ-CsPbI3@Cs4PbI6材料 33

2.3.2 固相合成法制备Cs2PbI2Cl2和Cs2SnI2Cl2材料 34

2.4 太阳能电池表征方法 34

2.5 其他表征方法 35

2.6 理论计算方法 37

第3章 倒置结构钙钛矿太阳能电池的高温衰降机制研究 39

3.1 倒置结构电池的高温衰降与器件结构组成的关系 39

3.2 高温老化过程中离子扩散和界面反应的研究 42

3.2.1 高温下的离子扩散 43

3.2.2 高温下的电极界面反应 45

3.3 高温老化过程中MAI损失对MAPbI3薄膜的影响 47

3.3.1 薄膜形貌 47

3.3.2 薄膜导电性 49

3.3.3 薄膜载流子动力学 50

3.4 倒置器件结构的高温衰降机制与理论指导意义 52

3.4.1 电极诱导离子扩散的高温衰降机制 52

3.4.2 调控PSC热稳定性的基本原则 53

3.5 小结 56

第4章 γ-CsPbI3在Cs4PbI6框架中的自发生长及稳定性研究 57

4.1 气相扩散法探索不同CsI-PbI2体系 57

4.2 γ-CsPbI3@Cs4PbI6结构与光学性质研究 60

4.2.1 相组成与结构分析 60

4.2.2 热分析 62

4.2.3 光学性质 64

4.2.4 变温荧光光谱分析 65

4.2.5 荧光寿命分析 67

4.3 CsPbX3@Cs4PbX6(X=Cl,Br,I)结构拓展与生长机制推测 68

4.3.1 CsPbX3@Cs4PbX6(X=Cl,Br,I)结构的纳米相生长行为 69

4.3.2 热力学控制的γ-CsPbI3自发生长机制 71

4.4 γ-CsPbI3在Cs4PbI6无机框架中的稳定性评估 74

4.4.1 热稳定性 74

4.4.2 环境稳定性 75

4.5 小结 76

第5章 全无机二维卤素钙钛矿Cs2PbI2Cl2的合成与性质研究 77

5.1 模型体系Cs2PbX4(X=Cl,Br,I)的探索合成与热力学稳定性研究 77

5.1.1 Cs2PbX4(X=Cl,Br,I)体系的探索合成 77

5.1.2 Cs2PbX4(X=Cl,Br,I)体系的热力学稳定性 79

5.1.3 Cs2PbI2Cl2的热力学稳定性 81

5.2 Cs2PbI2Cl2的光电性质与响应性研究 83

5.2.1 单晶生长与光学性质表征 83

5.2.2 紫外光电响应性 84

5.2.3 α粒子响应性 87

5.3 Cs2PbI2Cl2材料体系的结构拓展 88

5.3.1 B位拓展：B=Sn2+及Cs2PbxSn1-xI2Cl2固溶液 88

5.3.2 A位拓展：A=Rb+及A 位离子尺寸的影响 91

5.3.3 高层数的全无机二维卤素钙钛矿材料探索 92

5.4 Cs2MI2Cl2(M=Pb,Sn)的稳定性评估 93

5.4.1 热稳定性 93

5.4.2 环境稳定性 94

5.5 小结 95

第6章 结论 97

6.1 主要结论 97

6.2 主要创新点 98

6.3 展望 99

参考文献 100

在学期间发表的学术论文与研究成果 124

致谢 126