新型硫氰根摻雜的鈣鈦礦光電材料的合成及應(yīng)用.pdf

1、近年來，基于有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料的太陽(yáng)能電池，由于其高效性等優(yōu)點(diǎn)引起了各界的廣泛關(guān)注，其光電轉(zhuǎn)換效率已由2009年報(bào)道的3.8％發(fā)展到現(xiàn)在的21.1%。作為光吸收劑的有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料由于結(jié)合了有機(jī)組分的功能性、易加工性和無機(jī)組分的高載流子傳輸性、機(jī)械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等多重優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又兼具合適的光學(xué)帶隙以及較寬的光譜響應(yīng)范圍等優(yōu)勢(shì)，正有望成為具有廣泛應(yīng)用前景的新一代光伏材料。
　　目前在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中使用最多的光吸收

2、材料為 MAPbX3(MA=CH3NH3+, X=I, Cl, Br)系列材料，此類三維結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料在使用溶液方法組裝電池器件過程中只能溶解在高沸點(diǎn)的溶劑中，不利于獲得表面形貌良好的鈣鈦礦薄膜。這主要由于為了使鈣鈦礦薄膜結(jié)晶必須經(jīng)過溫度處理移除溶劑，而當(dāng)熱退火處理不恰當(dāng)時(shí)，極有可能導(dǎo)致溶劑過快蒸發(fā)或者鈣鈦礦分解從而使薄膜出現(xiàn)針孔，內(nèi)部孔洞，或者裂紋等。較差的材料形貌會(huì)增加電子空穴復(fù)合的可能性，極大影響太陽(yáng)能電池器件效率的進(jìn)一步提高。

3、因此，開發(fā)可溶解在低沸點(diǎn)溶劑中的新型鈣鈦礦材料對(duì)于克服溫度退火所帶來的弊端具有重要意義。
　　為了從根本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上改變材料自身的溶解性，本文通過引入體積較大的陰離子硫氰酸根（SCN-）占據(jù)有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料AMY3的Y位置，具有π電子共軛的線性結(jié)構(gòu)的SCN-離子對(duì)于增強(qiáng)光電子的轉(zhuǎn)移以及非線性光學(xué)性質(zhì)具有重要作用，有效利用了其作為擬鹵素與鹵素性質(zhì)相似卻在結(jié)構(gòu)上不同于鹵素的特點(diǎn)，最終成功合成出具有優(yōu)良光電性質(zhì)的硫氰根摻雜的系列

4、新型鈣鈦礦材料(MA)2Pb(SCN)2X2。
　　對(duì)于在四氫呋喃（THF）中有良好溶解性的層狀鈣鈦礦材料(MA)2Pb(SCN)2I2，通過X射線單晶衍射解析其分子結(jié)構(gòu)，材料室溫下為Pmn2(1)空間群的正交晶系，分子對(duì)稱性較好。通過紫外可見吸收光譜結(jié)合光電子產(chǎn)率能譜分析，獲得材料的光學(xué)帶隙為2.0 eV左右，其價(jià)帶值（VB）為-5.76 eV。并通過對(duì)材料的霍爾效應(yīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)材料具有高達(dá)1.07×1014 cm-3的空穴濃度及4