《有機金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜中的光激發態研究》是依託南京理工大學，由盛傳祥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：有機金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜中的光激發態研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：盛傳祥
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率從2009年的3.8%飆升到現在超過20%，已經成為當前新能源研究的熱點。因為此類材料的激子束縛能和室溫熱能相當，所以具有與傳統無機和有機半導體不同的光激發態性質。我們計畫利用吸收和發光譜、瞬態發光、電吸收譜、特別是寬頻的時間分辨光譜等多種光學手段，在三種代表性材料CH3NH3PbI3、CH3NH3PbI3-xClx和CH3NH3PbBr3體系中，開展光激發態的研究。包括1.激子和自由電荷的光譜特性和動態相互作用。2.鈣鈦礦/電荷傳輸層的界面對其光學性質、特別是光生載流子產生的作用機理。3.薄膜形貌對光學、光電性質的調控。4.其他新型鈣鈦礦特別是無鉛體系的基礎研究。我們的研究將對釐清鈣鈦礦材料中光電轉換的過程有重要意義，從而為促進提高其光電轉換效率和研發新材料提供物理基礎。
結題摘要
基於有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率從2009年的3.8%飆升到現在超過25%，已經成為當前新能源研究的熱點。本項目中我們利用吸收和發光譜、瞬態發光、電吸收譜、特別是寬頻的時間分辨光譜等多種光學手段，在三種代表性材料CH3NH3PbI3、CH3NH3PbI3-xClx和CH3NH3PbBr3體系，以及新的低維鈣鈦礦光電材料中，開展光激發態的研究。研究內容包括：（1）代表性鈣鈦礦材料的發光和光致吸收光譜。（2）研究鈣鈦礦/介孔TiO2的接觸面、鈣鈦礦和電子傳輸層例如富勒烯的界面，對鈣鈦礦光學性質的影響。（3）我們將研究鈣鈦礦薄膜形貌對其光學、光電性質的影響。（4）新型鈣鈦礦、特別是二維鈣鈦礦材料的光學性質研究。（5）有機半導體的光譜研究。取得的成果主要如下：（1）提出了CH3NH3PbI3-xBrx 混合薄膜中,因為相分離而導致的亞穩態產生的二步機制。（2）發現證明電荷在三維和準二維鈣鈦礦和襯底之間的轉移將降低其熱穩定性，並提出相應的建議。（3）實驗從光譜上提出了大極化子在鈣鈦礦薄膜中、和基激複合物在鈣鈦礦和電荷轉移層之間存在的證據，並測量了極化子的束縛能約為40 meV。（4） 分析了鈣鈦礦中的激子超快光致吸收譜和其他半導體材料例如碳納米管，有機聚合物等的物理過程的相似之處，我們的結果建議激子的光致吸收的廣泛存在，並進一步研究了多種三維鈣鈦礦材料的光激發態的性質。（5）提出全光學的方法來研究Rashba 能級分裂，並測量了二維鈣鈦礦薄膜的(C6H5C2H4NH3)2PbI4中的，Rashba參數為 (1.6 ± 0.1) eV·Å。（6）利用Hanle效應測量了CH3NH3PbBr3薄膜中的自旋壽命 (溫度77 K時，約為240 ps，110 K時，約為40 ps)。並且發現自旋壽命和激發的光子能量有關。（7）採用各種方法製備了基於多種鈣鈦礦的光電池器件，分析了形貌和光電轉換效率的關係，並提出了一些提高光電轉換效率和消除遲滯現象的方法。（8）研究了一些有機半導體材料的光學性質以期望加深對有機無機雜化鈣鈦礦半導體光電特性的理解。我們的研究促進了對鈣鈦礦材料中光電轉換的過程的理解，為促進提高其光電轉換效率和研發新套用方向提供了思路。已發表19篇SCI論文，其中一區7篇，二區8篇，三區4篇；國核心心期刊3篇。畢業3博士5碩士，還有三位博士研究生，七位碩士研究生在讀。已申請兩個專利。
