作者：朱卫东
页数：312
出版社：西安电子科技大学出版社
出版日期：2023
ISBN：9787560667485
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内容简介
铅卤化物钙钛矿材料与器件是近十年迅速发展起来的一个新研究领域，一些重要的科学发现与技术突破层出不穷，系统总结相关研究进展对推动这一领域的发展很有必要。本书对铅卤化物钙钛矿材料的基本特性、典型应用与发展现状作了较为系统的论述。全书共分为 7章，涉及铅卤化物钙钛矿材料的简介、基本性质、制备方法以及其在光伏器件、探测器件、发光器件等方面的应用举例。
本书适于微电子、光电子、材料等领域从事铅卤化物钙钛矿材料与器件研究、生产及相关技术应用的广大科技人员阅读，也可作为高等学校相关专业研究生的参考书。
目录
1.1 铅卤化物钙钛矿材料的发现………………………………………………………………………….. 1
1.2 钙钛矿结构与铅卤化物钙钛矿材料……………………………………………………………….. 6
1.3 铅卤化物钙钛矿材料体系……………………………………………………………………………… 9
1.3.1 基于饱和烃的钙钛矿材料 ……………………………………………………………………… 9
1.3.2 不饱和烃 BC 构成的钙钛矿 …………………………………………………………………… 16
1.4 铅卤化物钙钛矿分类…………………………………………………………………………………….. 17
1.4.1 有机 -无机杂化铅卤钙钛矿 ………………………………………………………………….. 17
1.4.2 全无机铅卤钙钛矿 ………………………………………………………………………………… 19
1.4.3 FA/MA-Cs混合阳离子钙钛矿………………………………………………………………… 21
1.4.4 2D-3D混合阳离子钙钛矿……………………………………………………………………… 22
本章小结………………………………………………………………………………………………………………. 23
第 2章铅卤化物钙钛矿材料的基本性质……………………………………………………………….. 24
2.1 晶体结构与化学键………………………………………………………………………………………… 24
2.1.1 晶体结构 ………………………………………………………………………………………………. 24
2.1.2 化学键 ………………………………………………………………………………………………….. 26
2.2 能带结构……………………………………………………………………………………………………… 28
2.3 光学特性………………………………………………………………………………………………………. 31
2.4 电学特性………………………………………………………………………………………………………. 34
2.5 热学特性………………………………………………………………………………………………………. 36
2.6 力学特性………………………………………………………………………………………………………. 38
2.7 表面特性………………………………………………………………………………………………………. 43
2.8 本征点缺陷与掺杂………………………………………………………………………………………… 49
2.9 稳定性………………………………………………………………………………………………………….. 55
本章小结………………………………………………………………………………………………………………. 56
第 3章铅卤化物钙钛矿材料的制备方法……………………………………………………………….. 57
3.1 单晶制备方法……………………………………………………………………………………………….. 57
3.1.1 STL生长法 …………………………………………………………………………………………… 57
·1·
3.1.2 逆温度结晶法 (ITC) ………………………………………………………………………………. 59
3.1.3 反溶剂蒸发辅助结晶法 (AVC)……………………………………………………………….. 60
3.2 薄膜制备方法 ……………………………………………………………………………………………….. 62
3.2.1 一步旋涂沉积法 ……………………………………………………………………………………. 62
3.2.2 两步旋涂沉积法 ……………………………………………………………………………………. 63
3.2.3 多步旋涂法 …………………………………………………………………………………………… 64
3.2.4 化学气相沉积 (CVD)法 ………………………………………………………………………… 65
3.3 量子点制备方法……………………………………………………………………………………………. 68
3.3.1 热注入法 ………………………………………………………………………………………………. 68
3.3.2 配体辅助再沉淀法 ………………………………………………………………………………… 70
3.3.3 固相制备法 …………………………………………………………………………………………… 71
3.4 微 /纳米结构制备方法 …………………………………………………………………………………. 72
3.4.1 溶液合成法 …………………………………………………………………………………………… 72
3.4.2 化学气相沉积法 ……………………………………………………………………………………. 74
3.5 异质结制备方法……………………………………………………………………………………………. 75
3.5.1 在异质材料上生长钙钛矿形成异质结 ……………………………………………………. 75
3.5.2 先合成钙钛矿再生长异质材料形成异质结 …………………………………………….. 78
3.5.3 一步生长法 …………………………………………………………………………………………… 79
3.5.4 原位交换法 …………………………………………………………………………………………… 81
本章小结………………………………………………………………………………………………………………. 86
第 4章 铅卤化物钙钛矿基光伏器件——钙钛矿太阳能电池……………………………………. 87
4.1 钙钛矿太阳能电池的结构与工作机理……………………………………………………………. 87
4.1.1 器件结构 ……………………………………………………………………………………………… 87
4.1.2 工作机理 ……………………………………………………………………………………………… 88
4.2 钙钛矿太阳能电池中的光物理过程……………………………………………………………….. 90
4.3 钙钛矿太阳能电池的性能表征技术………………………………………………………………. 92
4.3.1 薄膜的表征方法 ……………………………………………………………………………………. 92
4.3.2 钙钛矿电池性能的表征方法 ………………………………………………………………….. 95
4.4 钙钛矿太阳能电池的材料……………………………………………………………………………… 98
4.4.1 电子传输层材料 …………………………………………………………………………………… 98
4.4.2 空穴传输层材料 ……………………………………………………………………………………. 99
4.4.3 电极材料 ………………………………………………………………………………………………. 100
4.4.4 光吸收层材料 ……………………………………………………………………………………….. 101
4.5 钙钛矿太阳能电池的界面工程………………………………………………………………………. 102
4.5.1 界面工程概述 ……………………………………………………………………………………….. 102
·2·
4.5.2 界面工程基础理论 ………………………………………………………………………………… 103
4.5.3 界面工程的作用 ……………………………………………………………………………………. 105
4.6 叠层钙钛矿太阳能电池………………………………………………………………………………… 108
4.6.1 叠层钙钛矿太阳能电池概述 ………………………………………………………………….. 108
4.6.2 串联光伏器件中的钙钛矿材料 ………………………………………………………………. 112
4.6.3 钙钛矿基串联光伏器件的研究进展 ……………………………………………………….. 116
4.7 钙钛矿太阳能电池组件与产业化…………………………………………………………………… 138
4.7.1 钙钛矿太阳能组件的发展现状 ………………………………………………………………. 140
4.7.2 制备大面积钙钛矿薄膜的方法 ………………………………………………………………. 141
4.7.3 模块制造过程 ……………………………………………………………………………………….. 145
本章小结………………………………………………………………………………………………………………. 147
第 5章 铅卤化物钙钛矿基探测器件 ……………………………………………………………………….. 148
5.1 钙钛矿光电探测器件…………………………………………………………………………………….. 148
5.1.1 钙钛矿光电探测器的结构与工作机理 ……………………………………………………. 148
5.1.2 钙钛矿光电探测器的性能表征技术 ……………………………………………………….. 152
5.1.3 钙钛矿光电探测器的材料 …………………………………………………………………….. 155
5.1.4 钙钛矿光电探测器的发展现状与前景 ……………………………………………………. 162
5.2 钙钛矿紫外 -可见 -红外光探测器件 ……………………………………………………………. 163
5.2.1 窄带光谱探测器 ……………………………………………………………………………………. 163
5.2.2 宽带光谱探测器 ……………………………………………………………………………………. 166
5.3 钙钛矿 X射线探测器件………………………………………………………………………………… 170
5.3.1 钙钛矿 X射线探测器件的结构与工作机理…………………………………………….. 171
5.3.2 钙钛矿 X射线探测器件的性能表征技术……………………………………………….. 176
5.3.3 基于不同钙钛矿材料的 X射线探测器件………………………………………………… 180
5.3.4 钙钛矿 X射线探测器件的发展现状与前景…………………………………………….. 188
5.4 钙钛矿放射线闪烁体…………………………………………………………………………………….. 190
5.4.1 钙钛矿放射线闪烁体的结构与工作机理 ………………………………………………… 191
5.4.2 钙钛矿放射线闪烁体的性能表征技术 ……………………………………………………. 193
5.4.3 钙钛矿放射线闪烁体的材料 ………………………………………………………………….. 196
5.4.4 钙钛矿放射线闪烁体的发展现状与前景 ………………………………………………… 203
本章小结………………………………………………………………………………………………………………. 206
第 6章 铅卤化物钙钛矿基发光器件 ……………………………………………………………………….. 207
6.1 钙钛矿发光二极管………………………………………………………………………………………… 207
6.1.1 钙钛矿发光二极管的结构和工作原理 ……………………………………………………. 207
6.1.2 钙钛矿发光二极管的性能和表征技术 ……………………………………………………. 211
·3·
6.1.3 基于不同钙钛矿材料的发光二极管 ……………………………………………………….. 213
6.1.4 钙钛矿发光二极管的发展现状与前景 ……………………………………………………. 217
6.2 钙钛矿微型激光器………………………………………………………………………………………… 221
6.2.1 钙钛矿微型激光器的结构和工作原理 ……………………………………………………. 222
6.2.2 钙钛矿微型激光器的性能和表征技术 ……………………………………………………. 232
6.2.3 基于不同钙钛矿材料的微型激光器 ……………………………………………………….. 237
6.2.4 钙钛矿微型激光器的发展现状和前景 ……………………………………………………. 250
本章小结………………………………………………………………………………………………………………. 252
第 7章铅卤化物钙钛矿的其他应用………………………………………………………………………. 253
7.1 钙钛矿阻变存储器件…………………………………………………………………………………….. 253
7.1.1 阻变式存储器概述 ………………………………………………………………………………… 253
7.1.2 基于钙钛矿的 RRAM工作原理……………………………………………………………… 255
7.1.3 基于钙钛矿的 RRAM工作特性……………………………………………………………… 260
7.2 钙钛矿晶体管……………………………………………………………………………………………….. 265
7.2.1 钙钛矿晶体管发展概述 …………………………………………………………………………. 265
7.2.2 钙钛矿沟道层的结构及性质 ………………………………………………………………….. 265
7.2.3 基于铅卤化物钙钛矿的 FET ………………………………………………………………….. 267
7.3 钙钛矿光催化器件………………………………………………………………………………………… 271
7.3.1 铅卤化物钙钛矿的光学性质和环境稳定性 …………………………………………….. 271
7.3.2 铅卤化物钙钛矿在光催化反应中的应用 ………………………………………………… 272
7.4 钙钛矿传感器……………………………………………………………………………………………….. 278
7.4.1 基于铅卤化物钙钛矿的气体传感器 ……………………………………………………….. 278
7.4.2 基于铅卤化物钙钛矿的图像传感器 ……………………………………………………….. 282
7.5 钙钛矿发电 -储能一体化器件 ………………………………………………………………………. 286
7.5.1 PSC-LIB集成技术………………………………………………………………………………… 286
7.5.2 PSC-超级电容器集成技术 ……………………………………………………………………. 289
7.6 钙钛矿电致变色器件…………………………………………………………………………………….. 292
7.6.1 基于钙钛矿和超级电容器的 PVCS ………………………………………………………… 292
7.6.2 钙钛矿在电致变色领域的其他应用 ………………………………………………………. 295
7.7 钙钛矿自旋电子器件……………………………………………………………………………………. 296
7.7.1 基于钙钛矿的自旋 LED器件………………………………………………………………… 296
7.7.2 基于钙钛矿的自旋阀 …………………………………………………………………………….. 297
7.7.3 基于钙钛矿的 CPL探测器 …………………………………………………………………….. 299
本章小结………………………………………………………………………………………………………………. 300
参考文献…………………………………………………………………………………………………………………… 301
