基于ZnO纳米柱阵列为电子传输层的CsPbBr3量子点光电响应器件的研究.pdf

中文摘要 摘 要 有机-无机杂化钙钛矿材料由于它们的高吸收系数、长电荷扩散长度和高载流 子迁移率等优点，在各种光电器件如太阳能电池、发光二极管和光电响应器件领 域中都具有非常大的应用潜力。然而，有机-无机杂化钙钛矿在湿气、热或紫外线 照射条件下会出现材料性能的不稳定性，主要是由于材料内部有机成分的挥发和 碘化物半径较大，这是它们未来应用的主要障碍。相比较而言，全无机铯铅卤化 物钙钛矿（CsPbX ，X=Cl ，Br ，I ）的稳定性得到了一定的提高而引起了广泛的研 3 究和关注，其中CsPbBr 的稳定性要优于CsPbI 和CsPbCl 。本论文通过对光电响 3 3 3 应器件吸光层、电子传输层和空穴传输层分别进行优化，最后组装实现了新型无 机钙钛矿CsPbBr3 量子点的P-I-N 结构光电响应器件。具体工作如下： ① 主要比较了ZnO 纳米柱的两种合成方法。利用溶剂旋涂法和磁控溅射法分 别制备了ZnO 籽晶层，在这两种不同制备条件下得到ZnO 籽晶层基础上，开展了 ZnO 纳米柱的生长。对它们的晶体结构、光学性能和形貌进行了详细分析，研究 发现，利用磁控溅射法得到ZnO 籽晶层更有利于ZnO 纳米柱的生长，表面更加致 密。 ② CsPbBr3 量子点配体改性的研究。实验上采用热注入法分别制备了油酸 （OA ）和2- 己基癸酸 （DA ）作为配体的CsPbBr3 量子点，研究配体碳链的长度对 量子点性能的影响。由于 2- 己基癸酸具有两个较短的碳链，更易与量子点表面结 合，配体不易丢失，可以有效缓解量子点的团聚问题。同时，配体碳链长度的缩 短，更有利于电子和空穴的复合。因此，通过DA 修饰的CsPbBr3 量子点的荧光强 度和荧光寿命都有明显提升，为开展基于CsPbBr3 量子点光电响应器件的研究奠定 了基础。 ③ 开展了ZnO 薄膜和ZnO 纳米柱分别作为电子传输层的CsPbBr3 量子点光 电响应器件的研究。我们设计采用spiro-OMeTAD 作为空穴材料、钙钛矿CsPbBr3 量子点作为吸光层、ZnO 纳米柱阵列作为电子传输层组成P-I-N 结构的光电响应器 件，即ITO/ZnO 纳米柱/CsPbBr QDs/spiro-OMeTAD/Ag 的器件，对制备的器件进 3 行了一系列表征测试与分析。发现当ZnO 纳米柱作为电子传输层时，器件的上升 时间约为0.012 s ，下降时间约为0.038 s ，开关比3000 ；而基于ZnO 薄膜为电子 传输层的光电响应器件，它们的上升下降时间分别为 0.8s 和 1.123s。对比发现， 使用 ZnO 纳米柱的光电响应器件的性能可以将上升和衰减时间大大缩短 66 倍和 29 倍、开关比提高3000 倍。 综上所述，本论文是基于ZnO 纳米柱阵列为电子传输层的无机钙钛矿CsPbBr3 I 重庆大学硕士学位论文 量子点的P-I-N 结光电响应器件的研究。ZnO 纳米柱阵列具有电子定向移动的优势， 作为电子传输层可以更有效地加速电子的移动，为高性能光电响应器件的研究提 供了新的设计思路。 关键词：钙钛矿；CsPbBr3 量子点；ZnO 纳米柱；P-I-N 结构；光电响应器件 II 英文摘要 Abstract Organic-inorganic hybrid perovskite materials have great potential application in var