PbO-PbI2复合物膜转化的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜及其光电特性

丁绪坤 李效民 高相东 张树德 黄宇迪 李浩然

引用本文: 丁绪坤, 李效民, 高相东, 张树德, 黄宇迪, 李浩然. PbO-PbI2复合物膜转化的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜及其光电特性[J]. 物理化学学报, 2015, 31(3): 576-582. doi: 10.3866/PKU.WHXB201501201 shu
Citation:  DING Xu-Kun, LI Xiao-Min, GAO Xiang-Dong, ZHANG Shu-De, HUANG Yu-Di, LI Hao-Ran. Optical and Electrical Properties of CH3NH3PbI3 Perovskite Thin Films Transformed from PbO-PbI2 Hybrid Films[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(3): 576-582. doi: 10.3866/PKU.WHXB201501201 shu

PbO-PbI2复合物膜转化的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜及其光电特性

    通讯作者: 李效民,
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(50502038, 10576036)资助项目 (50502038, 10576036)

摘要: 有机-无机卤化物钙钛矿是一类优异的光电材料. 在过去四年内, 基于有机-无机卤化物钙钛矿的光电器件实现了超过15%的光电转换效率. 而有机-无机卤化物钙钛矿材料的可控制备是保证其在光电器件中应用的基础. 本文采用新的沉积方法在玻璃衬底表面制备了一种典型的有机-无机卤化物钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜. 其制备过程是: 采用超声辅助的连续离子吸附与反应法在玻璃衬底表面沉积PbO-PbI2复合物膜, 之后与CH3NH3I蒸汽在110 ℃环境下反应, 将PbO-PbI2复合物膜转化成CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜. 对CH3NH3PbI3薄膜的微观结构, 结晶性及其光电性能等进行了表征. 结果表明, CH3NH3PbI3薄膜呈晶态, 具有典型的钙钛矿晶体结构. 薄膜表面形貌均匀, 晶粒尺寸超过400 nm. 在可见光范围, CH3NH3PbI3薄膜透过率低于10%, 能带宽度为1.58eV. 电学性能研究表明CH3NH3PbI3薄膜表面电阻率高达1000 MΩ. 高表面电阻率表明CH3NH3PbI3薄膜具有一定的介电性能, 其介电常数(εr)在100 Hz时达到155. 本研究提出了一种制备高质量CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的新方法, 所得CH3NH3PbI3薄膜可望在光、电及光电器件中得到应用.

English

    1. [1]

      (1) Noh, J. H.; Jeon, N. J.; Choi, Y. C.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M.; Seok, S. I. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 11842. doi: 10.1039/c3ta12681a
      (1) Noh, J. H.; Jeon, N. J.; Choi, Y. C.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M.; Seok, S. I. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 11842. doi: 10.1039/c3ta12681a

    2. [2]

      (2) Im, J. H.; Lee, C. R.; Lee, J.W.; Park, S.W.; Park, N. G. Nanoscale 2011, 3, 4088. doi: 10.1039/c1nr10867k
      (2) Im, J. H.; Lee, C. R.; Lee, J.W.; Park, S.W.; Park, N. G. Nanoscale 2011, 3, 4088. doi: 10.1039/c1nr10867k

    3. [3]

      (3) Xing, G. C.; Mathews, N.; Sun, S. Y.; Lim, S. S.; Lam, Y. M.; Grätzel, M.; Mhaisalkar, S.; Sum, T. C. Science 2013, 342, 344. doi: 10.1126/science.1243167
      (3) Xing, G. C.; Mathews, N.; Sun, S. Y.; Lim, S. S.; Lam, Y. M.; Grätzel, M.; Mhaisalkar, S.; Sum, T. C. Science 2013, 342, 344. doi: 10.1126/science.1243167

    4. [4]

      (4) Burschka, J.; Pellet, N.; Moon, S. J.; Humphry-Baker, R.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Nature 2013, 499, 316. doi: 10.1038/nature12340
      (4) Burschka, J.; Pellet, N.; Moon, S. J.; Humphry-Baker, R.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Nature 2013, 499, 316. doi: 10.1038/nature12340

    5. [5]

      (5) Etgar, L.; Gao, P.; Xue, Z. S.; Peng, Q.; Chandiran, A. K.; Liu, B.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17396. doi: 10.1021/ja307789s
      (5) Etgar, L.; Gao, P.; Xue, Z. S.; Peng, Q.; Chandiran, A. K.; Liu, B.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17396. doi: 10.1021/ja307789s

    6. [6]

      (6) Kim, H. S.; Lee, J.W.; Yantara, N.; Boix, P. P.; Kulkarni, S. A.; Mhaisalkar, S.; Grätzel, M.; Park, N. G. Nano Lett. 2013, 13, 2412. doi: 10.1021/nl400286w
      (6) Kim, H. S.; Lee, J.W.; Yantara, N.; Boix, P. P.; Kulkarni, S. A.; Mhaisalkar, S.; Grätzel, M.; Park, N. G. Nano Lett. 2013, 13, 2412. doi: 10.1021/nl400286w

    7. [7]

      (7) Chen, Q.; Zhou, H. P.; Song, T. B.; Luo, S.; Hong, Z.; Duan, H. S.; Dou, L. T.; Liu, Y. S.; Yang, Y. Nano Lett. 2014, 14, 4158. doi: 10.1021/nl501838y
      (7) Chen, Q.; Zhou, H. P.; Song, T. B.; Luo, S.; Hong, Z.; Duan, H. S.; Dou, L. T.; Liu, Y. S.; Yang, Y. Nano Lett. 2014, 14, 4158. doi: 10.1021/nl501838y

    8. [8]

      (8) Jeng, J. Y.; Chen, K. C.; Chiang, T. Y.; Lin, P. Y.; Tsai, T. D.; Chang, Y. C.; Guo, T. F.; Chen, P.;Wen, T. C.; Hsu, Y. J. Adv. Mater. 2014, 26, 4107. doi: 10.1002/adma.va26.24
      (8) Jeng, J. Y.; Chen, K. C.; Chiang, T. Y.; Lin, P. Y.; Tsai, T. D.; Chang, Y. C.; Guo, T. F.; Chen, P.;Wen, T. C.; Hsu, Y. J. Adv. Mater. 2014, 26, 4107. doi: 10.1002/adma.va26.24

    9. [9]

      (9) Liu, M. Z.; Johnston, M. B.; Snaith, H. J. Nature 2013, 501, 395. doi: 10.1038/nature12509
      (9) Liu, M. Z.; Johnston, M. B.; Snaith, H. J. Nature 2013, 501, 395. doi: 10.1038/nature12509

    10. [10]

      (10) Kim, H. S.; Lee, C. R.; Im, J. H.; Lee, K. B.; Moehl, T.; Marchioro, A.; Moon, S. J.; Humphry-Baker, R.; Yum, J. H.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Park, N. G. Sci. Rep. 2012, 2, 591.
      (10) Kim, H. S.; Lee, C. R.; Im, J. H.; Lee, K. B.; Moehl, T.; Marchioro, A.; Moon, S. J.; Humphry-Baker, R.; Yum, J. H.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Park, N. G. Sci. Rep. 2012, 2, 591.

    11. [11]

      (11) Yella, A.; Heiniger, L. P.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Nano Lett. 2014, 14, 2591. doi: 10.1021/nl500399m
      (11) Yella, A.; Heiniger, L. P.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Nano Lett. 2014, 14, 2591. doi: 10.1021/nl500399m

    12. [12]

      (12) Mei, A. Y.; Li, X.; Liu, L. F.; Ku, Z. L.; Liu, T. F.; Rong, Y. G.; Xu, M.; Hu, M.; Chen, J. Z.; Yang, Y.; Grätzel, M.; Han, H.W.Science 2014, 345, 295. doi: 10.1126/science.1254763
      (12) Mei, A. Y.; Li, X.; Liu, L. F.; Ku, Z. L.; Liu, T. F.; Rong, Y. G.; Xu, M.; Hu, M.; Chen, J. Z.; Yang, Y.; Grätzel, M.; Han, H.W.Science 2014, 345, 295. doi: 10.1126/science.1254763

    13. [13]

      (13) Chen, Q.; Zhou, H. P.; Hong, Z.; Luo, S.; Duan, H. S.;Wang, H. H.; Liu, Y. S.; Li, G.; Yang, Y. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 622. doi: 10.1021/ja411509g
      (13) Chen, Q.; Zhou, H. P.; Hong, Z.; Luo, S.; Duan, H. S.;Wang, H. H.; Liu, Y. S.; Li, G.; Yang, Y. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 622. doi: 10.1021/ja411509g

    14. [14]

      (14) Kanniainen, T.; Lindroos, S.; Ihanus, J.; Leskela, M. J. Mater. Chem. 1996, 6, 161. doi: 10.1039/jm9960600161
      (14) Kanniainen, T.; Lindroos, S.; Ihanus, J.; Leskela, M. J. Mater. Chem. 1996, 6, 161. doi: 10.1039/jm9960600161

    15. [15]

      (15) Kanniainen, T.; Lindroos, S.; Resch, R.; Leskela, M.; Friedbacher, G.; Grasserbauer, M. Mater. Res. Bull. 2000, 35, 1045. doi: 10.1016/S0025-5408(00)00298-1
      (15) Kanniainen, T.; Lindroos, S.; Resch, R.; Leskela, M.; Friedbacher, G.; Grasserbauer, M. Mater. Res. Bull. 2000, 35, 1045. doi: 10.1016/S0025-5408(00)00298-1

    16. [16]

      (16) Zhuge, F.W.; Li, X. M.; Gao, X. D.; Gan, X. Y; Zhou, F. L. Mater. Lett. 2009, 63, 652. doi: 10.1016/j.matlet.2008.12.010
      (16) Zhuge, F.W.; Li, X. M.; Gao, X. D.; Gan, X. Y; Zhou, F. L. Mater. Lett. 2009, 63, 652. doi: 10.1016/j.matlet.2008.12.010

    17. [17]

      (17) Zhang, Q. B.; Feng, Z. F.; Han, N. N.; Lin, L. L.; Zhou, J. Z.; Lin, Z. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2927. [张桥保,冯曾芳, 韩楠楠, 林玲玲, 周剑章, 林仲华. 物理化学学报, 2010, 26, 2927.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20101113
      (17) Zhang, Q. B.; Feng, Z. F.; Han, N. N.; Lin, L. L.; Zhou, J. Z.; Lin, Z. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2927. [张桥保,冯曾芳, 韩楠楠, 林玲玲, 周剑章, 林仲华. 物理化学学报, 2010, 26, 2927.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20101113

    18. [18]

      (18) Jambure, S. B.; Patil, S. J.; Deshpande, A. R.; Lokhande, C. D. Mater. Res. Bull. 2014, 49, 420. doi: 10.1016/j.materresbull.2013.09.007
      (18) Jambure, S. B.; Patil, S. J.; Deshpande, A. R.; Lokhande, C. D. Mater. Res. Bull. 2014, 49, 420. doi: 10.1016/j.materresbull.2013.09.007

    19. [19]

      (19) Sall, T.; Raidou, A.; Elfarrass, S.; Hartiti, B.; Mari, B.; Qachaou, A.; Fahoume, M. Opt. Quantum Electron 2014, 46, 247. doi: 10.1007/s11082-013-9786-x
      (19) Sall, T.; Raidou, A.; Elfarrass, S.; Hartiti, B.; Mari, B.; Qachaou, A.; Fahoume, M. Opt. Quantum Electron 2014, 46, 247. doi: 10.1007/s11082-013-9786-x

    20. [20]

      (20) Gao, X. D.; Li, X. M.; Yu,W. D. Thin Solid Films 2004, 468, 43. doi: 10.1016/j.tsf.2004.04.005
      (20) Gao, X. D.; Li, X. M.; Yu,W. D. Thin Solid Films 2004, 468, 43. doi: 10.1016/j.tsf.2004.04.005

    21. [21]

      (21) Shei, S. C.; Chang, S. J.; Lee, P. Y. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, 208.
      (21) Shei, S. C.; Chang, S. J.; Lee, P. Y. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, 208.

    22. [22]

      (22) Su, Z. H.; Yan, C.; Sun, K.W.; Han, Z. L.; Liu, F. Y.; Liu, J.; Lai, Y. Q.; Li, J.; Liu, Y. X. Appl. Surf. Sci. 2012, 258,7678. doi: 10.1016/j.apsusc.2012.04.120
      (22) Su, Z. H.; Yan, C.; Sun, K.W.; Han, Z. L.; Liu, F. Y.; Liu, J.; Lai, Y. Q.; Li, J.; Liu, Y. X. Appl. Surf. Sci. 2012, 258,7678. doi: 10.1016/j.apsusc.2012.04.120

    23. [23]

      (23) Noh, J. H.; Im, S. H.; Heo, J. H.; Mandal, T. N.; Seok, S. I. Nano Lett. 2013, 13, 1764.
      (23) Noh, J. H.; Im, S. H.; Heo, J. H.; Mandal, T. N.; Seok, S. I. Nano Lett. 2013, 13, 1764.

    24. [24]

      (24) Stoumpos, C. C.; Malliakas, C. D.; Kanatzidis, M. G. Inorg. Chem. 2013, 52, 9019. doi: 10.1021/ic401215x
      (24) Stoumpos, C. C.; Malliakas, C. D.; Kanatzidis, M. G. Inorg. Chem. 2013, 52, 9019. doi: 10.1021/ic401215x

    25. [25]

      (25) Juarez-Perez, E. J.; Sanchez, R. S.; Badia, L.; Garcia-Belmonte, G.; Kang, Y. S.; Mora-Sero, I.; Bisquert, J. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2390. doi: 10.1021/jz5011169
      (25) Juarez-Perez, E. J.; Sanchez, R. S.; Badia, L.; Garcia-Belmonte, G.; Kang, Y. S.; Mora-Sero, I.; Bisquert, J. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2390. doi: 10.1021/jz5011169

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  634
  • 文章访问数:  793
  • HTML全文浏览量:  151
文章相关
  • 通讯作者:  李效民,
  • 收稿日期:  2014-11-13
  • 网络出版日期:  2015-01-20
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章