导读:本文包含了钙钛矿结构材料论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:数据科学范式,材料基因组,数据挖掘,钙钛矿氧化物
钙钛矿结构材料论文文献综述
于剑,褚君浩[1]（2019）在《数据科学范式下的钙钛矿结构铁电新材料研究》一文中研究指出材料基因组计划倡导预测式新材料研发理念,推进高通量数据生产和利用技术,关注材料全生命周期价值。因此,材料基因组计划的执行需要在材料科学系统工程的框架下,集成统一计算、实验和理论等研究方法,以数据科学新范式为牵引、协同运用实验观测、理论建模和计算仿真研究范式,最终建立相关材料体系的性能与材料基因(原子系统的组成与结构)、工艺参数与使役条件之间的量化关系和数据库,实现新材料的按需设计和应用。本文在简单探讨科学研究范式、材料基因组计划和材料科学系统工程基本概念和方法的基础上,以钙钛矿结构氧化物铁电压电材料研究为例,探讨了数据科学范式下的新材料研究实践。结果表明,数据挖掘驱动的新材料设计确实可以降低探索时间和实验任务,加快新材料的发现和应用进程。(本文来源于《科技导报》期刊2019年11期）
杨迎国[2]（2019）在《聚焦微结构的高性能钙钛矿太阳能电池材料和器件研究》一文中研究指出当前,人类面临着能源和环境两个方面非常严峻的问题,为了实现可持续发展,开发清洁的可再生能源迫在眉睫。因此,近些年各国政府与研究机构都把目光聚焦于绿色环保可再生能源之一的太阳能的开发和利用。为了实现直接的高效光电转换,各种太阳能电池如商业化单晶硅/多晶硅太阳能电池、CdTe和Cu(In,Ga)Se_2(CIGS)基新型太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池以及有机薄膜太阳能电池得到长足的发展,然而这些光伏器件在产业化发展方面各有其不足之处。作为一种新的成员,钙钛矿太阳能电池在近十年内在效率和性能方面有了突破性进展,其光电转换效率已经超过24%,使其具有十分诱人的商业化前景。然而,要实现其市场化应用还面临许多亟待解决的问题,如材料对热、空气和水的耐受性差导致器件暴露大气后性能很快降低等。特别是钙钛矿太阳能电池的低温溶液法制备作为其走向实际应用的重要优势,尽管制备工艺发展迅速,但薄膜质量难以控制、缺陷态密度高以及器件迟滞效应等一系列问题仍然有待解决,很大程度上限制了其产业化。众所周知,材料的微结构是决定材料性质以及采用材料所制备的器件性能最关键的因素,钙钛矿薄膜以及其器件所面临的多种问题以及进一步发展和应用无疑都离不开针对钙钛矿薄膜微结构的深入研究。有幸的是,同步辐射的X射线掠入射衍射技术已经成为全面观测薄膜微结构强大表征工具,而且具有原位实时的表征能力。得益于上海光源的建成,本课题得以依托上海光源衍射线站,大量利用基于同步辐射的X射线掠入射衍射技术,发展了适用于功能薄膜的湿度、温度和气氛及外载力拉伸等多种可控环境的同步辐射原位表征装置,解决了钙钛矿薄膜和器件微结构原位表征的难题。本论文聚焦钙钛矿薄膜微结构,开展了钙钛矿薄膜制备工艺优化、界面钝化处理、生长界面调控、湿度环境影响等系列工作,研究不同过程导致的薄膜微结构变化,甚至直接原位观测一些过程中的微结构演化,在微观尺度深入探讨微结构形成和演化机制,并结合对薄膜的常规表征以及基于薄膜制备的器件性能测试,进一步深入研究了薄膜微结构与薄膜性质以及制备的光伏器件性能的关联,最终根据研究结果指导实现了高效钙钛矿太阳能器件的制备,部分器件效率已达国际先进水平。本论文主要研究内容和结论如下:1)不同退火工艺下钙钛矿结晶相纯度与器件性能和迟滞的关联,本节通过同步辐射掠入射X射线衍射(GIXRD)研究了不同退火工艺制备的钙钛矿薄膜的结晶相纯度。我们发现,被广泛使用的快速热退火(RTA)制备的钙钛矿薄膜(称为r-钙钛矿),其钙钛矿结晶在薄膜表面存在明显双晶相,即父相和子相。特别是,薄膜内部主要由父相组成,子相则主要存在薄膜表面并随着探测深度的增加逐渐减少,这可能是造成平面钙钛矿太阳能电池迟滞效应的关键因素之一。针对这一问题,我们通过引入简单的梯度热退火(GTA)工艺,显着改善了钙钛矿薄膜(称为g-钙钛矿)的结晶相纯度,成功制备出无针孔且均匀分布的钙钛矿结构。通过器件性能测试发现,无论采取何种器件结构(正置型和倒置型),采用GTA工艺制备的平面异质结平面钙钛矿太阳能电池表现出可忽略不计的滞后现象,且光电转换效率明显提升。我们的结果表明,不同工艺导致的钙钛矿薄膜的结晶相纯度(尤其是在薄膜表面区域)在决定迟滞效应和器件性能方面起着至关重要的作用。2)HI钝化钙钛矿薄膜表面缺陷工程及同步辐射原位XRD研究:钙钛矿薄膜的质量是决定钙钛矿太阳能电池光伏效率和环境稳定性的最重要因素之一。本节研究发现,常用的采用反溶剂(如氯苯CB)洗涤后的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜在表面上远非完美,特别是其结晶相纯度比较低,即薄膜表面存在着复杂的多相,并伴随着许多缺陷和显着的化学元素不均一性。因此,我们报道了一种新型的反溶剂洗涤处理,即简单地在反溶剂氯苯(CB)中添加适量氢碘酸(HI),可以极大地钝化CH_3NH_3PbI_3薄膜表面缺陷,显着提高薄膜表面的结晶相纯度和化学均匀性,并且基于同步辐射原位实验发现薄膜在湿度和外载拉伸下均具有优异的结构稳定性。基于这种高质量薄膜制备的CH_3NH_3PbI_3基平面钙钛矿太阳能电池,其最佳光电转换效率达到19.94%,并且在湿度下明显性能更加稳定。此外,在PET/ITO基板上制造的柔性平面钙钛矿太阳能电池则最佳光电转换效率为17.32%,在外载应力下显示出更好的性能稳定性。因此,本研究不仅可以更深入地理解通过平衡卤素离子实现钙钛矿薄膜表面缺陷的钝化,而且还提供了一种实用且有效的制备工艺,可广泛用于制备高质量的钙钛矿薄膜,用于环境稳定的高性能器件。3)钙钛矿薄膜生长界面调控:钙钛矿太阳能电池在低温平面钙钛矿太阳能电池中的性能和稳定性降低主要来至钙钛矿薄膜与其不完美的生长界面处发生的电荷复合,为此本节通过修饰制备器件中的电荷传输层,调控改进电荷传输层与钙钛矿层的界面形貌和电子结构,并利用基于同步辐射的X射线衍射技术对界面和钙钛矿薄膜微结构进行研究,并结合器件性能测试结果,探索其影响的微观机制。空穴传输层界面修饰:将氨改性氧化石墨烯(GO:NH_3)层引入空穴传输层/钙钛矿薄膜界面间,研究发现不仅可以大幅改善钙钛矿结晶和晶面择优取向,而且可更好的实现与钙钛矿界面处的能级匹配,最终制备的器件性能和稳定性显着提升。基于PEDOT:PSS-GO:NH_3薄膜的钙钛矿器件效率明显提升,其效率达到16.11%,相对于标件器件提升幅度达到30%。同时,修饰后的器件的开路电压也得到了16%的提升。这一发现将促进化学改性氧化石墨烯界面层在钙钛矿太阳能电池以及其他有机多层器件中的应用。4)钙钛矿太阳能电池薄膜的成膜和降解的同步辐射原位XRD研究:(1)后退火过程中钙钛矿成膜机理的同步辐射原位研究:后退火是钙钛矿薄膜形成的重要一步,我们采用同步辐射掠入射X射线衍射(GIXRD)原位实时观测了钙钛矿薄膜整个退火过程中的微结构演化,即从前驱体结构到高度有序的钙钛矿晶体结构的逐步转变过程,特别是我们首次观察到钙钛矿晶体的重结晶过程:由退火之初存在的少量钙钛矿相,随着退火时间的增加而逐渐消失然后又再重现,并且逐渐变为主相,而发现的重结晶有助于增强最终的钙钛矿薄膜的结晶和晶粒堆积的择优取向。我们的研究详尽表明后退火在溶液加工钙钛矿形成中的决定性作用,有助于理解其形成机理。而进一步对不同退火程度制备的器件性能的研究,证明了器件性能与钙钛矿太阳能电池中钙钛矿微观结构的关键依赖性。(2)湿度环境下钙钛矿薄膜降解机理的同步辐射原位研究:环境湿度对有机-无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池稳定性有着相当重要的影响,研究在湿度环境下钙钛矿薄膜微结构的演化将有助于揭示湿度导致的器件性能衰减的微观机制。本小节基于上海光源X射线衍射线站,建立了一套湿度可调可控的实验装置用以采用同步辐射GIXRD原位实时观测湿度环境下钙钛矿薄膜的微结构演化。在相对湿度为60?2%的环境中,采用原位同步辐射GIXRD首次发现在钙钛矿薄膜暴露湿度环境的最初阶段随着钙钛矿晶体结构的减少和结晶性降低逐渐出现了中间相结构,应该是来源于部分钙钛矿晶体结构的逐渐分解所形成的钙钛矿多相结构;常规的表征也表明经环境湿度处理后的薄膜钙钛矿结晶度的降低和形貌的恶化,而太阳能电池测试表明环境湿度处理降低了器件的性能。因此,同步辐射原位实验观测很好的揭示了器件性能与钙钛矿薄膜形貌以及微结构演化的密切关联,将为理解有机-无机杂化的钙钛矿薄膜的降解微观机制提供实验依据和指导。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)》期刊2019-06-01）
庞国涛[3]（2019）在《MA_xFA_(1-x)PbI_3型钙钛矿材料的光学性质及结构相变研究》一文中研究指出钙钛矿作为一种新型光电材料,近年来愈发受到广泛的关注。卤素阴离子钙钛矿因其具有较大的吸收系数,较长的载流子扩散长度以及寿命而成为研究的重点。其中,碘离子钙钛矿因其较小的禁带宽度而成为制作钙钛矿太阳能电池的首选材料,目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经突破24%,这意味着在效率上钙钛矿太阳能电池已经满足了商用的条件。但是,钙钛矿材料的光学和电学稳定性极易受到周围温湿环境、光照条件等的影响,相关的器件只能在实验室中实现,距离真正的商用还有一段距离。因此,钙钛矿稳定性提升的相关研究成为该领域的热点。本文主要研究了MA_xFA_(1-x)-x PbI_3(MA:CH_3NH_3~+,FA:CH(NH_2)_2~+)型钙钛矿材料光学性质及其结构相变。首先通过X射线衍射(XRD)测试确定了室温下样品均为立方相。之后利用变温(30 K~295 K)光致发光测试,并结合低温以及室温的变激发功率光致发光光谱,对A位阳离子(MA_xFA_(1-x))在钙钛矿材料发光过程中的影响进行了分析。为了解钙钛矿材料相变规律,定义了各样品的相变区间,并对各样品单位温度范围内的相变量(?E/?T,E为相变区间内发光峰峰位变化量,T为温度)进行了比较。研究发现,在同一温度下,当A位阳离子中FA越多时,材料的带隙越小。MA与FA的比例与带隙变化之间大致呈线性关系,但这种情况只在A位阳离子为混合状态的情况下才成立。对于纯的MAPbI_3和FAPbI_3,其带隙偏离了这种线性关系。A位阳离子对钙钛矿的光学性质影响非常大,当MA与FA的比例相当的时候,温度升高,发光峰的红移范围最大;而当MA和FA中任意一个占主导作用时,发光峰的红移范围会缩小;在样品中只有MA或者FA时,材料的红移过程从缓变转变为突变。这种在变温过程中发光峰的红移范围即为钙钛矿材料的相变区间。对这种相变的变化分析发现,当MA与FA比例相当时,随温度变化,钙钛矿材料具有最好的相稳定性;而当MA或者FA中的某一种阳离子占据主导时,材料最不稳定。这种稳定性来源于晶体内部的应力作用。MA与FA由于尺寸不同而引起的两种不同趋向应力的同时存在使得晶格不容易发生扭曲,从而在光谱上表现出最平缓的红移。上述结论对深入理解钙钛矿材料光学性质和结构相变稳定性至关重要,对于解决钙钛矿材料相稳定性问题,推动基于钙钛矿材料光电器件性能的提高有着重要的指导意义。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-06-01）
裴亮昌[4]（2019）在《有机—无机杂化钙钛矿材料的合成、结构及性能研究》一文中研究指出有机-无机杂化钙钛矿材料是一类由有机分子和无机分子自组装形成的新型复合晶体材料,其结构以无机部分为基础,有机阳离子和无机层之间通过氢键作用相互连接,最终形成有机组分和无机组分交替堆垛的、长程有序的单晶样品。这种杂化材料结合了有机和无机成分的优点,既有有机成分提供的结构多样性,机械可塑性,高极化率,又有无机组分提供的热稳定性,半导体性以及磁性和介电性能。近几年来,通过科学家们的不懈努力,有机-无机杂化钙钛矿在各个领域都得到了极大的发展和应用。本论文以4-(氨甲基)哌啶、4-氨基-1-甲基哌啶和苯基乙二胺为有机部分,将其用酸质子化作为前体材料,再与不同金属卤化物合成了6种有机-无机杂化钙钛矿晶体材料,分别为:[C_6H_(16)N_2]SbI_5(1)[C_6H_(16)N_2]SbI_5(2)[C_6H_(16)N_2]PbI_4(3)[C_6H_(16)N_2]_2SnCl_8(4)[C_8H_(14)N_2]_4Pb_3I_(14)(5)[C_8H_(14)N_2]_3Cd_2Cl_(10)·3H_2O(6)采用X-射线单晶衍射方法对所制备的化合物进行了单晶结构表征。化合物1结晶于正交,空间群为Pca2(1);化合物2,3,5和6均结晶与单斜,前叁个化合物空间群为P2(1)/c,但化合物6空间群则为Pc;化合物4结晶于叁斜,空间群为P1。化合物1和2的无机部分都是通过[SbI_6]八面体共角形成一条1D Z字型无机链,有机阳离子则以N-H···I氢键连接两条无机链。化合物3的无机部分是以[PbI_6]八面体共角形成的单层2D结构,有机阳离子则在相邻两层无机层之间。化合物4的无机部分是独立的单个[SnCl_6]八面体,它与有机机阳离子以及游离的Cl~-形成了一个0D的晶体结构。化合物5和6形成的晶体结构分别是2D和1D,它们的无机部分连接方式不同,但有机阳离子在无机层之间都是形成两层有机层。对化合物1-6进行了元素分析、X-射线粉末衍射、热重分析、红外光谱、紫外吸收以及二阶非线性等性能测试,测试结果表明化合物4和6是潜在的非线性光学材料。(本文来源于《南昌大学》期刊2019-05-29）
吴成,陶力,陈承,程明[5]（2019）在《基于IDT核心结构空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中应用研究》一文中研究指出钙钛矿太阳能电池由于具有制备工艺简单,成本低廉和效率高等优势,近年来发展迅速。~(1-3)目前对于钙钛矿太阳能电池的研究深入到了方方面面。空穴传输层对于钙钛矿太阳能电池的性能以及稳定性等方面有很大的影响,其中有机小分子空穴传输层有很好的能级、结构可调控性,研究较为广泛。IDT核心结构由于具有较好的平面型,有利于材料在成膜状态下π-π堆积,进而提升材料的载流子迁移率。本研究选用IDT为核心,设计构建了空穴传输材料C1和C2。经优化,空穴传输材料C1获得了19.2%的光电转换效率。(本文来源于《第六届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会论文集》期刊2019-05-25）
吴晟,贾文娟,许丽萍,邓云,梁津津[6]（2019）在《钙钛矿结构锰氧化物薄膜材料的低频1/f噪声研究》一文中研究指出针对A位掺杂钙钛矿结构锰氧化物(A_(1-x)BxMnO_3)薄膜材料的微弱低频1/f噪声信号检测,采用基于双通道信号互相关运算的测试方法,有效消除了接触噪声对本底噪声的影响。通过对薄膜样品La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3的低频1/f噪声和电阻率测量,揭示了由不同衬底材料、不同厚度所引起的薄膜晶格内部应力变化对载流子输运机制的影响。结果表明,薄膜样品的1/f噪声水平和导电特性与材料厚度变化密切相关,La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/SrTiO_3样品在临界厚度下表现出较低的1/f噪声;而La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/SrTiO_3/Si样品随着厚度增大,其1/f噪声不断优化。上述结论对基于磁性材料的新型传感器的研制具有重要的参考意义。(本文来源于《磁性材料及器件》期刊2019年03期）
赵建发[7]（2019）在《类钙钛矿结构功能新材料及量子特性研究》一文中研究指出量子功能材料由于存在电荷、轨道、自旋等自由度的相互耦合和竞争,进而产生多个量子态竞争和共存,从而呈现出奇异和丰富的物理现象,例如,高温超导体,稀磁半导体,拓扑绝缘体和庞磁阻材料等。探索新型量子功能材料,发现新的量子态,并对这些新型量子功能材料的物理性质及机理进行研究,是当前凝聚态物理领域非常重要的前沿方向。本论文利用高温高压实验条件,结合固相反应法合成了系列“卤系”铜基高温超导体及其母体单晶,并系统研究了掺杂浓度等对超导转变温度的影响;探索并发现了系列A位有序钙钛矿新材料,同时采用多种表征方法对该系列化合物的晶体结构和基本物性进行了系统的研究,并结合第一性原理计算对相关的物理机制进行了分析和解释,取得了如下创新性研究成果:(1)利用熔融法首次制备出了高质量、大尺寸的Ca_3Cu_2O_4Cl_2单晶。实验结果表明Ca_3Cu_2O_4Cl_2是反铁磁的Mott绝缘体,其Neel温度约230 K,根据半导体热激活模型拟合的禁带宽度约0.146 eV,X射线吸收谱表明其上哈伯德带主要由Cu 3d_(x2-y2)和O 2p_(x,y)构成。与单层的Ca_2CuO_2Cl_2相比,双层Ca_3Cu_2O_4Cl_2的顶角氧到[CuO2]面之间的距离更大,层间耦合进一步变弱,[CuO2]面的准二维性进一步增强。该单晶为研究铜氧化物高温超导超导提供了很好的材料基础。采用高温高压方法合成了一系列单层体系名义组分为(Sr_(1-z)Ca_z)_(1.6)Na_(0.4)CuO_2Cl_2的铜氧化物高温超导材料,研究了固定Na的名义掺杂浓度情况下从Ca_2CuO_2Cl_2到Sr_2CuO_2Cl_2超导态的演化。实验发现从Ca_2CuO_2Cl_2到Sr_2CuO_2Cl_2,体系的超导转变温度逐渐降低直至消失。研究发现该过程中伴随着样品中实际Na的含量越来越少,以至空穴浓度不足以使Sr_2CuO_2Cl_2实现超导。此外我们还合成了一系列双层体系名义组分为(Ca_(1-z)Sr_z)_(2.5)Na_(0.5)Cu_2O_4Cl_2的超导材料,发现从Ca_3Cu_2O_4Cl_2到Ca_2SrCu_2O_4Cl_2演化过程中,体系的超导转变温度逐渐升高,表现出与单层体系截然相反的变化规律。(2)采用高温高压合成方法,设计并制备了新型A位有序钙钛矿AHg_3Ti_4O_(12)(A=Pb,Sr)。实验上首次发现Hg~(2+)占据A位有序钙钛矿的A′位,并且将A′位离子从过渡族元素3d(Cu~(2+),Mn~(3+)),4d(Pd~(2+))扩展到主族5d(Hg~(2+)),由此确立了AHg_3Ti_4O_(12)新体系。由于Hg~(2+)半径较大,使得AHg_3Ti_4O_(12)(A=Pb,Sr)与常见的A位有序钙钛矿相比具有更大的晶格常数和更小的BO_6八面体畸变。PbHg_3Ti_4O_(12)随温度降低出现从中心对称(Im-3)到非中心对称(Imm2)的结构相变,同时伴随着顺电-铁电相变,这种对称性破缺的结构相变在A位有序钙钛矿中属于首次发现,为寻找铁电材料开辟了新的途径。第一性原理计算表明PHTO的声子谱室温结构存在软膜,有自发极化趋势,低温铁电性主要来源于Ti-O离子的位移。SrHg_3Ti_4O_(12)是一种窄带隙非磁性半导体,其介电常数在256 K左右存在极大值,变温XRD显示SrHg_3Ti_4O_(12)随温度降低在250 K左右出现疑似结构相变。与SrTiO_3(禁带宽度3.2 eV)相比,其禁带宽度仅为2.41eV,吸收边在红移至可见光区域,因此对太阳光的吸收能力显着增强,是一种潜在的光催化材料。(3)在高温高压的实验条件下首次合成了新型A位有序钙钛矿化合物ACu_3Ti_4O_(12)(A=Pb,Hg)。PbCu_3Ti_4O_(12)和HgCu_3Ti_4O_(12)与CaCu_3Ti_4O_(12)同构,室温下它们均属于Im-3空间群。PbCu_3Ti_4O_(12)和HgCu_3Ti_4O_(12)都是反铁磁绝缘体,其Neel温度分别为27 K和31 K。根据紫外可见吸收光谱拟合的禁带宽度分别是0.91 eV和0.64 eV。XAS实验结果显示这两种化合物中Cu和Ti的价态分别为+2(3d~9)和+4(3d~0)。介电测试结果显示,与CaCu_3Ti_4O_(12)相比,PbCu_3Ti_4O_(12)和HgCu_3Ti_4O_(12)的相对介电常数较小,仅为10~2数量级。低温部分介电常数存在转变,该转变与反铁磁转变密切相关,可能存在磁介电效应。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2019-05-01）
曹晔[8]（2019）在《高压下典型无机铅卤钙钛矿纳米材料的结构演化与光学特性研究》一文中研究指出金属卤化物钙钛矿(MHPs)作为一种新型的光电材料,因其卓越的光学性质而引起科学家们的广泛研究。特别是近年来有机-无机杂化钙钛矿在光伏器件中应用的成功,引发了人们对无机铅卤钙钛矿纳米晶(NCs)的关注。研究进展表明,无机铅卤钙钛矿纳米材料利用无机阳离子取代有机阳离子,表现出了超高的光致发光量子产率(PLQY),以及相对于有机-无机杂化钙钛矿而言更优异的稳定性。然而,有效的设计此类材料的带隙以满足实际应用却成为了难题。因此,探索外部环境对无机铅卤钙钛矿纳米材料的作用机理,寻找其结构与光学性质的关系,可以为此类材料在太阳能电池等光学器件上的广泛应用提供科学依据。我们选取叁种典型的无机铅卤钙钛矿纳米材料为研究对象。首先对CsPbI_3纳米晶进行高压研究。结合原位高压同步辐射X射线衍射、紫外-可见吸收光谱以及原位高压荧光光谱,我们发现,在0.39 GPa压力下,CsPbI_3纳米晶发生了一次由立方相(空间群:Pm3 m)转变为正交相(空间群:Pbnm)的结构相变。继续升高压力,当压力达到8.25 GPa时,CsPbI_3纳米晶开始出现非晶化现象。第一性原理计算结果表明,CsPbI_3纳米晶带隙的改变是由金属卤素八面体[PbCl_6]~(4-)的变化造成的。随着压力的增加,金属卤素八面体[PbI_6]~(4-)开始发生收缩,主要体现在Pb-I的键长逐渐变短,Pb与I之间轨道耦合增强,从而导致CsPbI_3纳米晶的带隙随着压力的增加而减小;相变后,金属卤素八面体[PbCl_6]~(4-)开始发生扭转,主要体现在Pb-I-Pb的键角逐渐减小,Pb与I之间轨道耦合减弱,从而导致CsPbI_3纳米晶的带隙随着压力的增加而增大。随后,我们继续探究了CsPb_xMn_(1-x)Cl_3纳米晶在高压下的行为。CsPb_xMn_(1-x)Cl_3纳米晶是用Mn~(2+)替换Pb~(2+)的环境友好型无机铅卤钙钛矿纳米材料。通过对原位高压荧光光谱进行分析,我们发现,在1.41 GPa时CsPb_xMn_(1-x)Cl_3纳米晶发生了压力诱导荧光增强现象(PIEE)。结合原位高压同步辐射X射线衍射实验以及对压力和晶胞体积进行叁阶Birch-Murnaghan物态方程拟合,发现CsPb_xMn_(1-x)Cl_3纳米晶在1.46 GPa发生了四方相(空间群:P4mm)的等结构相变。继续加压到20.18 GPa,CsPb_xMn_(1-x)Cl_3纳米晶发生非晶化现象。而CsPb_xMn_(1-x)Cl_3纳米晶出现的PIEE现象则是由于在相变过程中,CsPbCl_3本征峰中CBM到VBM间的能量传递被抑制,CBM上的电子大量转移到Mn~(2+)的~4T_1态上,使Mn~(2+)中~4T_1态到~6A_1的能量传递增多导致的。最后,选取CsPbCl_3纳米晶作为研究对象,对比了CsPbCl_3纳米晶与CsPb_xMn_(1-x)Cl_3纳米晶在高压下晶体结构和光学性质的异同,发现CsPbCl_3纳米晶在1.40 GPa下发生四方相(空间群:P4mm)的等结构相变,继续加压至10.21GPa开始非晶化。原位高压荧光光谱显示,随着压力的增加,CsPbCl_3纳米晶的荧光峰强度逐渐减小,1.42 GPa时荧光消失。这说明了结构的变化导致CsPbCl_3的光学性质发生了改变。对比CsPbCl_3纳米晶,CsPb_xMn_(1-x)Cl_3纳米晶的发光压力范围提高了一个数量级,到近20 GPa依然保持荧光,这能够为合理的设计出具有环境适应性更强,应用范围更广的无机铅卤钙钛矿纳米材料提供新的思路。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-05-01）
姜盼盼[9]（2019）在《LnBaFe_2O_(5+δ)(Ln=Pr,Nd)基双钙钛矿结构固体氧化物燃料电池阳极材料的性能研究》一文中研究指出燃料电池是继水力发电,火力发电和原子能发电之后的第四种发电技术,是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的能源转换装置,其中固体氧化物燃料电池(SOFC)由于使用全固态电解质和具备燃料选择灵活性而备受关注。在选择碳氢化合物作为燃料时,SOFC的主要挑战是阳极上可能发生碳沉积和硫中毒。因此,开发新的抗积碳和耐硫中毒阳极材料已成为当务之急。基于上述考虑,我们研究了A位有序的双钙钛矿结构LnBaFe_2O_(5+δ)(LnBFO,Ln=Pr,Nd)系列材料,考察了其作为SOFC阳极材料的可行性。研究的主要内容和结论如下:采用溶胶-凝胶法获得了四方结构的LnBFO(Ln=Pr,Nd)阳极材料。该材料与常用的电解质LSGM和SDC具有良好的化学相容性。其中NdBaFe_2O_(5+δ)(NBFO)具有最好的电学性能,850 ~oC时,其电导率为31.2 S cm~(-1)。当以氢气为燃料时,NBFO|SDC|LSGM|NBCFC单电池可实现1242 mW cm~(–2)的输出功率密度,远远高于被研究过的大多数阳极材料的性能。该电池在甲烷气氛中经过100 h的稳定性测试,性能没有发生明显衰减,说明NBFO阳极具有优秀的氧化还原稳定性,是一种非常有前途的抗积碳SOFC阳极材料。选用各方面性能较优的NBFO材料,在A位引入适量的缺陷,制备出NdBa_(1-x)-x Fe_2O_(5+δ)(x=0.02,0.04,0.06)双钙钛矿结构氧化物,希望进一步提高电化学性能。测试结果表明,x=0.02的样品具有最优的性能,与NBFO阳极材料相比,850 ~oC时电化学阻抗降低了44%。以氢气、合成气和甲烷用作燃料时,电池的最大功率密度分别提高了11%、9%和12%。说明在Ba~(2+)引入0.02的缺位可以有效地改善电化学性能。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-05-01）
姜海艳[10]（2019）在《钙钛矿材料CH_3NH_3PbI_3的压致结构相变及其光电性质变化》一文中研究指出钙钛矿结构材料CH_3NH_3PbI_3由于其在如光伏、光电二极管、传感器和光催化剂等诸多领域中有出色的光电性能而受到相当大的关注。在新型钙钛矿太阳能电池中,将CH_3NH_3PbI_3用为吸光层材料。由于CH_3NH_3PbI_3内部无机金属卤化物八面体结构单元优异的电荷载流子迁移率以及有机部分所引入的塑性机械性能,从而使得这类电池具有优异的光伏性能,实现了较高的光电转化效率。因此,这类钙钛矿太阳能电池作为一种新的光伏技术被人们赋予了厚望。已有的研究发现CH_3NH_3PbI_3在不同温度范围内具有不同的结构相。除温度外,压力也是基本的一种纯粹的热力学变量之一,它可以仅改变原子间距离来改变材料的键合模式,从而导致结构相变。研究CH_3NH_3PbI_3在压力下的结构和光电性能有利于探索这种材料不寻常的晶格结构,有利于理解其新的化学和物理性质。本文运用基于密度泛函理论的第一性原理计算,深入研究压力对钙钛矿材料CH_3NH_3PbI_3晶体结构、电子结构以及光学性质的影响规律,主要研究内容和结论如下:1、研究了压力作用下CH_3NH_3PbI_3不同相变过程中晶体结构及其带隙的变化。实验结果表明,常温常压下CH_3NH_3PbI_3的晶体结构为四方结构(空间群为I4/mcm),对于其高压结构,则存在两种可能的结构,即正交结构(空间群Imm2)以及立方结构(空间群Im 3)。基于此,针对上述两种相变过程进行研究,以明确压力对CH_3NH_3PbI_3这类材料晶体内部结构的影响。分析发现,压力作用下,这叁种结构的带隙逐渐减小,而对于相变后,不论哪种高压结构,其带隙均会增加。实验研究将这种带隙的变化归结于CH_3NH_3PbI_3结构中[PbI_6]~(4-)八面体的变形,因此,本文首次使用[PbI_6]~(4-)八面体中Pb-I键的标准偏差σ来表征八面体的畸变程度,从而分析压力致使带隙发生变化的原因。研究发现,在压力作用下,CH_3NH_3PbI_3中Pb-I键长的减少和[PbI_6]~(4-)八面体的变形都对CH_3NH_3PbI_3的四方,立方和正交结构的带隙变化有显着影响。2、研究了压致相变对CH_3NH_3PbI_3光电性质的影响。通过计算CH_3NH_3PbI_3常压及两种可能存在的高压相这叁种结构的能带结构图以及电子态密度图,可以明显看出叁种结构导带底均由Pb-6p轨道组成,价带顶由I-5p和Pb-6s轨道组成。结合投影能带图,发现对于不同结构,各个轨道所占据比例大小不同。并且在本工作所施加的压力范围内并没有使CH_3NH_3PbI_3发生本质性的变化,即不论对于常压还是高压结构,CH_3NH_3PbI_3均是直接带隙半导体材料。电学性质方面还分析了压力作用下CH_3NH_3PbI_3不同结构的电荷转移情况,并给出了不同结构(110)面的面电荷密度作为补充说明。发现叁种结构中Pb和I原子之间的相互作用表现为共价键和离子键共同作用,但Pb-I键的共价特性与经典的C-N共价键相比非常弱。除此之外,在光学性质方面,计算并分析了压力作用下CH_3NH_3PbI_3叁种结构的复合介电函数、折射率、消光系数、反射率和吸收系数等。(本文来源于《兰州理工大学》期刊2019-03-14）
钙钛矿结构材料论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
当前,人类面临着能源和环境两个方面非常严峻的问题,为了实现可持续发展,开发清洁的可再生能源迫在眉睫。因此,近些年各国政府与研究机构都把目光聚焦于绿色环保可再生能源之一的太阳能的开发和利用。为了实现直接的高效光电转换,各种太阳能电池如商业化单晶硅/多晶硅太阳能电池、CdTe和Cu(In,Ga)Se_2(CIGS)基新型太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池以及有机薄膜太阳能电池得到长足的发展,然而这些光伏器件在产业化发展方面各有其不足之处。作为一种新的成员,钙钛矿太阳能电池在近十年内在效率和性能方面有了突破性进展,其光电转换效率已经超过24%,使其具有十分诱人的商业化前景。然而,要实现其市场化应用还面临许多亟待解决的问题,如材料对热、空气和水的耐受性差导致器件暴露大气后性能很快降低等。特别是钙钛矿太阳能电池的低温溶液法制备作为其走向实际应用的重要优势,尽管制备工艺发展迅速,但薄膜质量难以控制、缺陷态密度高以及器件迟滞效应等一系列问题仍然有待解决,很大程度上限制了其产业化。众所周知,材料的微结构是决定材料性质以及采用材料所制备的器件性能最关键的因素,钙钛矿薄膜以及其器件所面临的多种问题以及进一步发展和应用无疑都离不开针对钙钛矿薄膜微结构的深入研究。有幸的是,同步辐射的X射线掠入射衍射技术已经成为全面观测薄膜微结构强大表征工具,而且具有原位实时的表征能力。得益于上海光源的建成,本课题得以依托上海光源衍射线站,大量利用基于同步辐射的X射线掠入射衍射技术,发展了适用于功能薄膜的湿度、温度和气氛及外载力拉伸等多种可控环境的同步辐射原位表征装置,解决了钙钛矿薄膜和器件微结构原位表征的难题。本论文聚焦钙钛矿薄膜微结构,开展了钙钛矿薄膜制备工艺优化、界面钝化处理、生长界面调控、湿度环境影响等系列工作,研究不同过程导致的薄膜微结构变化,甚至直接原位观测一些过程中的微结构演化,在微观尺度深入探讨微结构形成和演化机制,并结合对薄膜的常规表征以及基于薄膜制备的器件性能测试,进一步深入研究了薄膜微结构与薄膜性质以及制备的光伏器件性能的关联,最终根据研究结果指导实现了高效钙钛矿太阳能器件的制备,部分器件效率已达国际先进水平。本论文主要研究内容和结论如下:1)不同退火工艺下钙钛矿结晶相纯度与器件性能和迟滞的关联,本节通过同步辐射掠入射X射线衍射(GIXRD)研究了不同退火工艺制备的钙钛矿薄膜的结晶相纯度。我们发现,被广泛使用的快速热退火(RTA)制备的钙钛矿薄膜(称为r-钙钛矿),其钙钛矿结晶在薄膜表面存在明显双晶相,即父相和子相。特别是,薄膜内部主要由父相组成,子相则主要存在薄膜表面并随着探测深度的增加逐渐减少,这可能是造成平面钙钛矿太阳能电池迟滞效应的关键因素之一。针对这一问题,我们通过引入简单的梯度热退火(GTA)工艺,显着改善了钙钛矿薄膜(称为g-钙钛矿)的结晶相纯度,成功制备出无针孔且均匀分布的钙钛矿结构。通过器件性能测试发现,无论采取何种器件结构(正置型和倒置型),采用GTA工艺制备的平面异质结平面钙钛矿太阳能电池表现出可忽略不计的滞后现象,且光电转换效率明显提升。我们的结果表明,不同工艺导致的钙钛矿薄膜的结晶相纯度(尤其是在薄膜表面区域)在决定迟滞效应和器件性能方面起着至关重要的作用。2)HI钝化钙钛矿薄膜表面缺陷工程及同步辐射原位XRD研究:钙钛矿薄膜的质量是决定钙钛矿太阳能电池光伏效率和环境稳定性的最重要因素之一。本节研究发现,常用的采用反溶剂(如氯苯CB)洗涤后的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜在表面上远非完美,特别是其结晶相纯度比较低,即薄膜表面存在着复杂的多相,并伴随着许多缺陷和显着的化学元素不均一性。因此,我们报道了一种新型的反溶剂洗涤处理,即简单地在反溶剂氯苯(CB)中添加适量氢碘酸(HI),可以极大地钝化CH_3NH_3PbI_3薄膜表面缺陷,显着提高薄膜表面的结晶相纯度和化学均匀性,并且基于同步辐射原位实验发现薄膜在湿度和外载拉伸下均具有优异的结构稳定性。基于这种高质量薄膜制备的CH_3NH_3PbI_3基平面钙钛矿太阳能电池,其最佳光电转换效率达到19.94%,并且在湿度下明显性能更加稳定。此外,在PET/ITO基板上制造的柔性平面钙钛矿太阳能电池则最佳光电转换效率为17.32%,在外载应力下显示出更好的性能稳定性。因此,本研究不仅可以更深入地理解通过平衡卤素离子实现钙钛矿薄膜表面缺陷的钝化,而且还提供了一种实用且有效的制备工艺,可广泛用于制备高质量的钙钛矿薄膜,用于环境稳定的高性能器件。3)钙钛矿薄膜生长界面调控:钙钛矿太阳能电池在低温平面钙钛矿太阳能电池中的性能和稳定性降低主要来至钙钛矿薄膜与其不完美的生长界面处发生的电荷复合,为此本节通过修饰制备器件中的电荷传输层,调控改进电荷传输层与钙钛矿层的界面形貌和电子结构,并利用基于同步辐射的X射线衍射技术对界面和钙钛矿薄膜微结构进行研究,并结合器件性能测试结果,探索其影响的微观机制。空穴传输层界面修饰:将氨改性氧化石墨烯(GO:NH_3)层引入空穴传输层/钙钛矿薄膜界面间,研究发现不仅可以大幅改善钙钛矿结晶和晶面择优取向,而且可更好的实现与钙钛矿界面处的能级匹配,最终制备的器件性能和稳定性显着提升。基于PEDOT:PSS-GO:NH_3薄膜的钙钛矿器件效率明显提升,其效率达到16.11%,相对于标件器件提升幅度达到30%。同时,修饰后的器件的开路电压也得到了16%的提升。这一发现将促进化学改性氧化石墨烯界面层在钙钛矿太阳能电池以及其他有机多层器件中的应用。4)钙钛矿太阳能电池薄膜的成膜和降解的同步辐射原位XRD研究:(1)后退火过程中钙钛矿成膜机理的同步辐射原位研究:后退火是钙钛矿薄膜形成的重要一步,我们采用同步辐射掠入射X射线衍射(GIXRD)原位实时观测了钙钛矿薄膜整个退火过程中的微结构演化,即从前驱体结构到高度有序的钙钛矿晶体结构的逐步转变过程,特别是我们首次观察到钙钛矿晶体的重结晶过程:由退火之初存在的少量钙钛矿相,随着退火时间的增加而逐渐消失然后又再重现,并且逐渐变为主相,而发现的重结晶有助于增强最终的钙钛矿薄膜的结晶和晶粒堆积的择优取向。我们的研究详尽表明后退火在溶液加工钙钛矿形成中的决定性作用,有助于理解其形成机理。而进一步对不同退火程度制备的器件性能的研究,证明了器件性能与钙钛矿太阳能电池中钙钛矿微观结构的关键依赖性。(2)湿度环境下钙钛矿薄膜降解机理的同步辐射原位研究:环境湿度对有机-无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池稳定性有着相当重要的影响,研究在湿度环境下钙钛矿薄膜微结构的演化将有助于揭示湿度导致的器件性能衰减的微观机制。本小节基于上海光源X射线衍射线站,建立了一套湿度可调可控的实验装置用以采用同步辐射GIXRD原位实时观测湿度环境下钙钛矿薄膜的微结构演化。在相对湿度为60?2%的环境中,采用原位同步辐射GIXRD首次发现在钙钛矿薄膜暴露湿度环境的最初阶段随着钙钛矿晶体结构的减少和结晶性降低逐渐出现了中间相结构,应该是来源于部分钙钛矿晶体结构的逐渐分解所形成的钙钛矿多相结构;常规的表征也表明经环境湿度处理后的薄膜钙钛矿结晶度的降低和形貌的恶化,而太阳能电池测试表明环境湿度处理降低了器件的性能。因此,同步辐射原位实验观测很好的揭示了器件性能与钙钛矿薄膜形貌以及微结构演化的密切关联,将为理解有机-无机杂化的钙钛矿薄膜的降解微观机制提供实验依据和指导。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
钙钛矿结构材料论文参考文献
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