摘 要

有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿材料具有出色的光电性能。 由于该材料生产成本低廉，故可以用来开发高效，可柔性的大面积发光器件。近年来，以铅为代表的钙钛矿材料被广泛应用于发光器件和太阳能电池，然而由于铅的毒性较大，会对人体健康造成伤害，无毒性的锡基钙钛矿材料开始受到越来越多人的关注。不幸的是，锡基钙钛矿材料稳定性较差，导致所制成的器件效率不高。本文通过两个方面对钙钛矿薄膜进行了优化：（1）寻找到一种以正己烷为溶剂，PVK为衬底的组合，成功制备出易成膜的二维锡基钙钛矿结构。（2）将Mn元素引入二维钙钛矿前驱体溶液中，生成的薄膜具有良好的光学性质，在低温状态下具有发光增强的现象。实验结果表明低温状态下掺杂Mn元素的钙钛矿薄膜的PL峰值比常温状态下提升了20倍以上，且Mn元素的加入降低了半峰宽，提高了色纯度。本论文工作的意义在于：使用掺杂方式让锡基二维钙钛矿发光主体由锡离子转变为锰离子。在未来，可以为器件的制备提供具有良好光电性质的二维钙钛矿薄膜，从而制备出性能良好的钙钛矿器件。

关键词：锡基钙钛矿 发光性能 元素掺杂

Abstract

The organic-inorganic hybrid metal halide perovskite material has excellent Photoelectric properties. Since the material is inexpensive to produce, it can be used to develop high-efficiency, flexible, large-area light-emitting devices. Recent years, lead perovskite materials have been widely used in light-emitting devices and solar cells. However, due to the high toxicity of lead, it may cause harm to human health, so non-toxic tin-based perovskite materials are beginning to suffer more people’s attention. But the devices made by tin-based perovskite have poor performance. In this paper, the tin-based perovskite film was optimized in two aspects: (1) A combination of n-hexane as solvent and PVK as substrate was found, and a two-dimensional tin-based perovskite structure which is easy to form a film was successfully prepared. (2) The Mn element is doped into the two-dimensional perovskite precursor solution, and the resulting film has good optical properties and has a phenomenon of enhanced light emission at a low temperature. The experimental results show that the PL peak of the Mn-doped perovskite film at low temperature is 20 times higher than that under normal temperature, and the addition of Mn element reduces the half-width and improves the color purity. The significance of this work is: The doping method is used to convert the tin-based two-dimensional perovskite luminescent body from tin ions to manganese ions. In the future, a two-dimensional perovskite film with good photoelectric properties can be provided for the preparation of the device, thereby preparing a perovskite device with good performance.

Key words: Tin-based perovskite luminescence properties Element doping

目录

第一章 前言 1

1.1 引言 1

1.2 文献综述 1

1.2.1 钙钛矿材料介绍 1

1.2.2 锡基钙钛矿太阳能电池研究进展 2

1.2.3 锡基钙钛矿LED发光器件的研究进展 4

1.2.4 锡基钙钛矿薄膜的制备方法 5

1.3钙钛矿薄膜性能表征手段 7

1.3.1 X射线衍射（XRD） 7

1.3.2 稳态光致发光光谱（PL） 8

1.3.3 紫外-可见吸收光谱 8

1.3.4 低温荧光光谱 8

第二章 实验部分 9

2.1 实验材料 9

2.2 实验步骤 9

2.2.1 配置溶液 9

2.2.2 玻片清洗 9

2.2.3 旋涂衬底和薄膜 9

2.3 旋涂结果 10

2.4 薄膜表征 11

第三章 表征结果及讨论 12

3.1 钙钛矿薄膜结构分析 12

3.2 钙钛矿薄膜光学性质 14

3.2.1 钙钛矿薄膜PL测试图谱 14

3.2.2 钙钛矿薄膜紫外-可见吸收光谱测试图谱 15

3.2.3 钙钛矿薄膜低温荧光光谱测试图谱 18

第四章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致谢 30

第一章 前言

1.1 引言

卤化铅钙钛矿材料是制备太阳能电池和发光二极管（LED）的重要材料之一，卤化铅钙钛矿等物质可用于开发廉价，高效，可柔性的大面积发光器件，在实验中，使用卤化铅钙钛矿可以生产出色彩饱和度很高的蓝色、绿色和红色LED，故而被人越来越多的进行应用。但是铅的毒性较大，容易损害人体，故而严重阻碍了卤化铅钙钛矿LED的开发，寻找一种可以替代铅的元素成为了越来越多人关注的重要问题。经过大量研究，人们发现Sn² ，以及Bi³ ，Sb³ ，Cu ，Mn² 等阳离子可以替代钙钛矿中的铅离子。但是目前由于无铅钙钛矿材料如锡基钙钛矿的结构与性能间关系尚不清晰，因此系统研究其材料与薄膜性能具有重要意义。

1.2 文献综述

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