铁电极化调控钙钛矿异质结界面截流子输运的研究

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1、分类号：O43学校代码：10697密级：公开学号：201520575硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION铁电极化调控钙钛矿异质结界面载流子输运的研究学科名称：光学工程作者：杨康指导老师：冯宏剑教授西北大学学位评定委员会二○一八年Theeffectofferroelectricpolarizationontheinterfacialcarriertransportpropertiesforperovskite-basedheterostructureAthesissubmittedto

2、NorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinOpticalEngineeringByKangYangSupervisor:Hong-JianFengProfessorJune2018摘要有机-无机杂化钙钛矿材料由于其优异的性质，比如合适的带隙、高的光吸收系数、较长的载流子扩散长度，在光伏材料领域获得了广泛的关注。为了研究铁电体/钙钛矿异质结界面处铁电极化对载流子输运的影响，我们构建了PVD

3、F/MAPbI3和BaTiO3/FAPbI3异质结构，采用密度泛函理论来研究不同界面中的铁电极化对载流子输运性质的影响，发现了铁电体（PVDF，BaTiO3）引入的极化能够导致异质结构中的能带偏移，因此铁电极化可用来调控钙钛矿材料内部载流子的传输方向。具体研究内容如下：构建了有机铁电体PVDF/MAPbI3界面结构，通过键长、电子局域函数和Bader电荷分析界面处原子间的相互作用，结果表明PVDF和MAPbI3的四种界面结构的形成主要是通过范德华相互作用；差分电荷密度表明铁电极化能够有效的调控MAP

4、bI3界面处电子的传输方向，F原子层作为接触层的PVDF引入的铁电极化（Pdown）能促进电荷从MAPbI3流入PVDF，H原子层作为接触层的PVDF（Pup）引入的铁电极化能促进电荷从PVDF流入MAPbI3；通过分析电子态密度在实空间的投影，发现了异质结中铁电极化带来的能带倾斜，在铁电极化为Pdown的界面结构中电子从钙钛矿材料的导带流入PVDF的导带，促进了光生电子-空穴对的分离；模拟了电子在激发态下的传输行为，发现了铁电极化能够对异质结中电子的传输起到类似开关效应的作用。构建了无机铁电体Ba

5、TiO3/FAPbI3异质结构，通过键长和电子局域函数等方法分析了界面处原子间的相互作用，表明四种界面结构中BaTiO3和FAPbI3以不同的化学相互作用形成异质结；差分电荷密度的计算结果表明BaTiO3不同界面（BaO和TiO2）引入的铁电极化能够调控FAPbI3界面处电子的传输方向，其中BaO/FAPbI3界面结构能够促进光生电荷从BaTiO3中流入FAPbI3，TiO2/FAPbI3界面结构能促进电荷从FAPbI3流入BaTiO3；通过分析电子态密度在实空间的投影，发现了TiO2/FAPbI3

6、异质结构中倾斜的能带排列有利于电子的传输和收集，从而促进异质结内光生载流子的分离。关键词：密度泛函理论，铁电极化，钙钛矿电池，异质结IABSTRACTDuetothesuitablebandgap,highabsorptioncoefficient,longercarrierdiffusionlengthandotherexcellentproperties,theperovskitematerialshavegainedwideattentioninphotovoltaicfield.Inorde

7、rtostudyinterfacialcarrierbehavioroftheferroelectric/perovskiteheterojunction,webuiltPVDF/MAPbI3andBaTiO3/FAPbI3heterostructures,anddensityfunctionaltheoryisusedtostudytheeffectofdifferentferroelectricpolarizationoncarriertransferofinterfacialstructure

8、s.Wediscoveredtheferroelectricpolarizationdirectioncanleadtobandoffsetintwoheterostructures,whichmeanstheferroelectricpolarizationcanbeusedtocontrolthetransferdirectionofcarrierinperovskiteslab.Themainworkisasfollows:Interfacialinteract