有机—无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的高压结构演变与光学性质研究

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1、分类号：O521单位代码：10183研究生学号：2015932032密级：公开吉林大学硕士学位论文(学术学位)有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的高压结构演变与光学性质研究TheStructureEvolutionandPhotoelectricPropertiesofOrganometalHalidePerovskiteCH3NH3PbI3underHighPressure作者姓名：郭宏伟专业：凝聚态物理研究方向：高压物理指导教师：王凯副教授培养单位：物理学院超硬材料国家重点实验室2018年5月————

2、—————————————————有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的高压结构演变与光学性质研究—————————————————————TheStructureEvolutionandPhotoelectricPropertiesofOrganometalHalidePerovskiteCH3NH3PbI3underHighPressure作者姓名：郭宏伟专业名称：凝聚态物理指导教师：王凯副教授学位类别：理学硕士答辩日期：2018年5月29日中文摘要有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的高压结构演变

3、与光学性质研究作者：郭宏伟指导教师：王凯副教授专业：凝聚态物理作为一种新型的复合晶体材料，有机-无机杂化钙钛矿材料中的有机组分与无机组分经过分子尺度上的杂化后，具备优异的光电性能，在钙钛矿太阳能电池与半导体器件领域内具有非常广阔的应用前景。然而，有机-无机杂化钙钛矿材料对外界环境的变化较为敏感，晶体结构的细微变化可引起此类材料在光电性质方面发生较大的改变。压力是独立于温度、化学组成成分的物理学参量，增加压力可以有效地缩短原子间的距离，使得相邻电子的轨道重叠程度增加，发现许多常压下不曾有过的新物质与规律，形成新理

4、论，可以大大拓展物质科学的研究空间。因此，探究高压对有机-无机杂化钙钛矿材料电池结构的稳定性方面影响以及光学性质的变化具有重要科学意义与应用价值。甲胺基碘化铅(CH3NH3PbI3)作为钙钛矿太阳能电池中的核心材料，其本身就具备非常好的光学特性。本论文以压力对此类材料的结构稳定性与光学性质的影响作为出发点，利用金刚石对顶砧装置（DiamondAnvilCell，DAC）结合原位高压同步辐射X光衍射技术、多种原位高压光谱对甲胺基碘化铅进行高压测试。分析并提出甲胺基碘化铅的相变机理,讨论结构相变对样品光学性质的影响

5、，无机框架与有机阳离子在高压下行为，实验最高压力为7GPa。原位高压同步辐射X光衍射实验结果显示，在0.3GPa时，甲胺基碘化铅经历了一次相变，由初始的四方常压相转变为高压正交相，高压相一直稳定存在到4GPa。相变机制4-为压力致使八面体[PbI6]发生倾斜和扭曲。当压力超过4GPa时，甲胺基碘化铅晶体结构开始非晶化。完全卸压后，样品可完全恢复到常压状态。原位高压紫外-可见吸收光谱和荧光光谱实验结果显示，在0-0.25GPa的压力范围内，CH3NH3PbI3的吸收边与荧光峰都随着压力的增加逐渐红移；而在0.I2

6、5GPa之后，样品的吸收边与荧光峰均由红移变为蓝移，这与同步辐射XRD的压致相变结果是一致的。压致相变的发生使晶体结构对称性的下降，同时带隙发生改变，这表明晶体结构的改变可以对带隙的大小进行有效调控。在完全卸压后，CH3NH3PbI3样品的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱恢复到加压前的状态。原位高压红外吸收光谱与拉曼光谱表明，CH3NH3PbI3晶体结构中的有机阳+离子(CH3NH3)与无机八面体三维构架之间，通过氢键N-H···I和C-H···I相连。在氢键被压缩过程中，其强度增加，这反映在C-H和N-H键的弯曲

7、振动模式、CH3和NH3基团的摇摆振动模式中发生明显红移。在2GPa后，N-H键的伸缩振动模式由蓝移变为红移。通过原位高压振动光谱数据，对有机阳离子(CH3NH+3)在高压下的行为也进行了细致的分析。关键词：高压，金刚石对顶砧，有机-无机杂化钙钛矿，压致相变与非晶化，带隙，氢键IIAbstractTheStructureEvolutionandPhotoelectricPropertiesofOrganometalHalidePerovskiteCH3NH3PbI3underHighPressureAuthor

8、:HongweiGuoSupervisor:Assoc.Prof.KaiWangMajor:CondensedMatterPhysicsOrganometalhalideperovskitematerial,asanewcompositecrystalmaterial,haswideapplicationprospectsinperovskitesolarcellsandsemicon