共蒸发法制备CsPbBr3薄膜及其光电特性的研究

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2015年起,全无机钙钛Cs Pb X3(X=Cl,Br,I)优异的光电特性,引起国内外极大关注。与有机-无机杂化钙钛矿材料相比,全无机铅卤基钙钛矿具有较好的热稳定性,并且室温下该材料具有高的激子结合能,自由激子容易与杂质结合形成复合中心,室温下可产生激子发光。研究发现,若钙钛矿薄膜拥有更平滑的表面形貌和大尺寸的晶粒,可有效减少晶界散射,进一步提高载流子迁移率,抑制离子迁移。由于钙钛矿薄膜本身导电性较差,因此基于有效提升晶粒尺寸的研究刻不容缓。目前,研究者们大多对基于溶液法制备的薄膜进行晶粒尺寸的调控。本文尝试采用热蒸发法进行Cs Pb Br3薄膜的制备,调节生长条件,对薄膜进行快速退火处理,最终获得了平均晶粒尺寸为3μm,高质量的Cs Pb Br3薄膜。本文的主要研究内容和结果如下:(1)本文采用Pb Br2和Cs Br作为前驱体,采用双源共蒸发制备钙钛矿薄膜。通过精确控制蒸发温度,调节蒸发源速率比,探索出薄膜生长的最佳条件,研究发现,Pb Br2与Cs Br的蒸发速率比为3:1时,适合于获得相对正确的化学计量比,这验证了我们的沉积技术对薄膜生长条件的精确调控,并成功地制备了高纯相的Cs Pb Br3薄膜。(2)对钙钛矿层的表面形貌以及结晶质量进行表征和优化是提升器件性能的关键,因而本文通过调节生长过程中衬底温度,薄膜厚度等条件对薄膜进行了光学性能以及结晶情况表征。结果表明提升衬底温度,提高薄膜厚度,确实可以一定程度上提高薄膜的结晶质量与晶粒尺寸,当衬底温度为150℃,薄膜厚度为200nm时,Cs Pb Br3薄膜结晶质量,表面形貌以及光学性能最好。(3)研究快速退火处理对Cs Pb Br3薄膜结晶质量与光学性能的影响,进一步调控晶粒尺寸。通过调节退火过程,细化退火条件,在空气氛围下进行了快速退火处理。对其进行光学性能以及表面形貌表征,进一步探索出了最佳退火温度和退火时间,研究表明最佳退火条件为460℃退火60 s,最终获得了平均晶粒尺寸可达3μm,无明显的孔洞与缺陷,结晶良好的Cs Pb Br3薄膜。图38幅,表11个,参考文献59篇。
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