【摘 要】
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有机-无机杂化钙钛矿由于具有光吸收系数高、载流子迁移率大、载流子寿命长和散射长度大等优异的光电性质,在太阳能电池、发光二极管、光电探测器和激光发射器等光电领域有着巨大的应用前景。然而,有机-无机杂化钙钛矿的内部结构复杂,在不同的外加偏压和光照条件下表现出特殊的载流子输运性质,尤其是迟滞现象和慢的光响应性质,这两种现象很大程度上影响了钙钛矿基光电器件的表现。钙钛矿单晶由于不存在晶界,缺陷态密度低、带
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有机-无机杂化钙钛矿由于具有光吸收系数高、载流子迁移率大、载流子寿命长和散射长度大等优异的光电性质,在太阳能电池、发光二极管、光电探测器和激光发射器等光电领域有着巨大的应用前景。然而,有机-无机杂化钙钛矿的内部结构复杂,在不同的外加偏压和光照条件下表现出特殊的载流子输运性质,尤其是迟滞现象和慢的光响应性质,这两种现象很大程度上影响了钙钛矿基光电器件的表现。钙钛矿单晶由于不存在晶界,缺陷态密度低、带隙更窄,并且具有长期稳定性,可以用来更好地研究钙钛矿材料固有的载流子输运性质及其影响因素,以便利于加速光电探测器应用。因此,本文首先生长出大尺寸、高质量的MAPbX3(X=I、Br、Cl)三种单晶,随后对其进行了系统的输运性质研究,并制备单晶钙钛矿基探测器进行探测性能的研究,主要内容如下:(1)通过改良的逆温结晶法生长MAPbX3(X=I,Br,Cl)钙钛矿单晶,单晶尺寸分别为:MAPbI3单晶,15mm×14mm×6mm(~7天);MAPbBr3单晶,12mm×12mm×5mm(~7天);MAPbCl3单晶,8mm×8mm×3mm(~5天)。其中,MAPbCl3单晶的生长速度及尺寸均优于现有报导。通过X-射线衍射谱、紫外-可见光吸收光谱、稳态光致发光光谱分析三种单晶的暴露晶面、光吸收边(能带带隙)及光致发光发射峰等结构参数,测试结果表明生长出的钙钛矿单晶质量高,尺寸大,有利于探测单晶的光电性质。(2)在生长出的高质量MAPbX3(X=I,Br,Cl)单晶上蒸镀平行金(Au)电极,通过改变外加偏压、光照条件及电压扫描速率等外界条件,系统地测试三种单晶的迟滞及光响应性质。三种钙钛矿单晶表现出不同的迟滞及光响应行为,MAPbX3载流子输运性质的差异解释了缺陷态、MA+偶极矩转动及离子迁移在不同条件下对不同卤素单晶所产生的影响,为有机-无机杂化钙钛矿材料的性能改善提供了可行的方向。(3)在生长出的高质量MAPbX3(X=I,Br,Cl)单晶上蒸镀叉指电极,制备MAPbX3(X=I,Br,Cl)三种单晶的探测器器件,探索其在波长为365 nm及254 nm的紫外光下的光探测性能。通过单晶探测器在两种波长的紫外光和不同光照光强下的响应率、外量子效率、探测率、光暗电流比和光电流稳定性的测试,为钙钛矿单晶探测器在紫外光下的探测性能提供参考,有助于钙钛矿基探测器的进一步发展。
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