有机无机杂化钙钛矿材料带边激发态性质研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

有机-无机杂化钙钛矿材料是立方钙钛矿（amx₃）的衍生物。因为其具有光学禁带连续可调、高载流子迁移率、高可见光吸收系数等优点在电池领域受到科研人员越来越多的关注。chung 等^［1］首次制备了以 cssni₃ 为空穴传输层的全固态dsscs，获得 10. 2%的光电能量转换效率，在钙钛矿太阳能电池的发展过程中极具突破性。burschka 等^［2］ 利用连续沉积的方法制备出效率高达 15%的介孔型钙钛矿电池。liu 等^［3］采用双源蒸发技术制备出能量转换效率为15.4%的平板型钙钛矿电池，被《science》杂志评价为年度 10 大科学突破之一。时至今日，yang 等^［4］ 已经将钙钛矿太阳能电池能量转化效率提高到 22. 1%。而有机-无机杂化钙钛矿材料中卤素元素的更换可以调节材料的吸收光谱和荧光光谱，因此该系列材料在不同领域均可以得到广泛应用。在非晶体有机-无机钙钛矿材料广泛应用于太阳能电池的同时，晶体块材的有机-无机杂化钙钛矿由于制备工艺简单和独特的光电特性，已经被应用于可见光全光谱光电探测以及x射线探测领域。

然而在这一类材料的发光机理方面，还有很多有争议的实验现象没有得到恰当的理论解释。理论欠缺的根本原因是缺少关键的实验现象。现有的实验现象表明：1）有机无机杂化钙钛矿材料的吸收光谱依赖于材料形态，一般而言晶体或者厚度较大的非晶态比非晶态薄膜样品的吸收光谱红移大概50 nm；2）有机无机杂化钙钛矿材料的发光光谱随着测量角度不同而呈现出两个峰值，其中短波的峰位与吸收光谱完全重叠；3）基于有机无机杂化钙钛矿材料的探测器件的外量子效率在吸收带边具有显著峰值，目前被解释为激子吸收峰。吸收光谱红移现象目前尚未有较好的理论解释，而对于荧光的双发射峰，有学者认为是材料本身的发光光谱与其经过材料的吸收后剩余光谱两部分叠加而成^[5]。三种实验现象都与材料的吸收带边位置的激发态行为有关，但是现有的理论都只能自圆其说，对于别的实验现象无能为力。可见，研究有机无机杂化钙钛矿材料的带边激发态行为是很有必要的。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、本课题研究或解决的问题

有机-无机杂化钙钛矿材料近年来在电池领域备受关注，由于其中卤素元素的更换可以调节材料的吸收光谱和荧光光谱，因此该系列材料在不同领域均可以得到广泛应用。在非晶体有机-无机钙钛矿材料广泛应用于太阳能电池的同时，晶体块材的有机-无机杂化钙钛矿由于制备简单和独特的光电特性，已经被应用于可见光全光谱光电探测以及x射线探测领域。然而在这一类材料的发光机理方面，还有很多有争议的实验现象没有得到恰当的理论解释。理论欠缺的根本原因是缺少关键的实验现象。现有的实验现象表明：1）有机无机杂化钙钛矿材料的吸收光谱依赖于材料形态，一般而言晶体或者厚度较大的非晶态比非晶态薄膜样品的吸收光谱红移大概50 nm；2）有机无机杂化钙钛矿材料的发光光谱随着测量角度不同而呈现出两个峰值，其中短波的峰位与吸收光谱完全重叠；3）基于有机无机杂化钙钛矿材料的探测器件的外量子效率在吸收带边具有显著峰值，目前被解释为激子吸收峰。吸收光谱红移现象目前尚未有较好的理论解释，而对于荧光的双发射峰，有学者认为是材料本身的发光光谱与其经过材料的吸收后剩余光谱两部分叠加而成。三种实验现象都与材料的吸收带边位置的激发态行为有关，但是现有的理论都只能自圆其说，对于别的实验现象无能为力。可见，研究有机无机杂化钙钛矿材料的带边激发态行为是很有必要的。

二、拟采用的研究手段（途径）