金属阳离子 B 2+和阴离子 X- 通过强配位键形成坚硬的无机八面体框架 BX6 4-结构， B 原子位于卤素八面体的体心，而 X 原子在八面体顶点 位置，并通过共顶方式 连接，并在三维空间形成网络状的框架结构； 有机铵阳离子 A 填充在共顶连接 的八面体形成的空隙之中
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二、有机-无机杂化钙钛矿结构
主讲人： 组员：
概述 结构 性能
应用
一、有机-无机杂化钙钛矿材料概述
2012年底，随着第一个光电转换效率达到9.7%的全固态有机太阳能电 池的公开报道，有机-无机杂化钙钛矿材料及其在太阳能中的应用成为 全世界光伏领域关注的焦点
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一、有机-无机杂化钙钛矿材料概述
什么是钙钛矿？
一类有着与钛酸钙（CaTiO3）相同晶体结构的材料
钙钛矿
%
年份 几种薄膜太阳能电池光电转换效率近20年来的提升情况
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿太阳能电池结构
空穴，阻碍电子
空穴迁移层 导电玻璃
典型钙钛矿电池结构
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿太阳能电池工作原理
当钙钛矿吸收质吸收太阳光受激后，产生电子空穴对，激子在吸 收层运动至钙钛矿吸收层与电子传输层与空穴传输层后发生分,电 子注入电子传输层（阳极），空穴注入空穴传输层（阴极）,最后 经外部电路循环形成回路电流。
1.光吸收性质——钙钛矿太阳能电池
优点： •节能 •环保 缺点： •光电转换效率低
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
基于有机-无机杂化钙钛矿材料 (CH3NH3PbX3) 制备的太阳 电池效率自 2009 年从 3.8% 增长到 19.6%。
光
电 转
PV—有机太阳能电池
换 效 率
DSSC—染料敏化太阳能电池 a-Si—非晶硅太阳能电池
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
3.在激光器上的应用
钙钛矿材料作为激光材料的优势： •对于量子激光的增益效果十分好 •俄歇复合率也较低 •具有阈值低的特性
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
4.在传感器和探针方面的应用
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
5.其它应用
有机一无机杂化钙钛矿材料在电子学、磁学和热学方面也具有十分良好的性质， 故在微电子器件方面得到广泛应用。
A、B位阳离子既可以由单一离子也可以由多 种离子占据，根据A、B位阳离子的中立及其 离子半径的不同，可以构筑出微结构特征各异
、物理性能千变万化的钙钛矿材料。（可删）
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二、有机-无机杂化钙钛矿结构
钙钛矿结构中基本的 (AO3)4- (111) 面 的密堆层
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二、有机-无机杂化钙钛矿结构
A B
钙
钛
矿
由有机材料与无机材料的交替堆积形成了层状的有机-无机杂化钙钛矿结 构。 这种结构都具有量子阱的特性。
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二、有机-无机杂化钙钛矿结构
介电约 束效应
量子约 束效应
将介电常数较小的有机层加入到介 电常数较大的无机层中，有机层会 减小对无机势阱层中电子和空穴的屏蔽作用，增加电子-空穴结合的库 仑作用力，使杂化钙钛矿具有更大的激子结合能
晶
X
体
结
A
构 X
B
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二、有机-无机杂化钙钛矿结构
2.有机-无机杂化钙钛矿结构（钙钛矿的衍生物）
结构通式：ABX3 A ：有机胺阳离子CH3NH3+（是可以平 衡 BX3 阴离子电荷的有机胺阳离子可删） B ：金属阳离子（主要是 Pb）（可配位 形成 八面体的金属阳离子（主要是 Pb） —） X ：阴离子（Cl-，Br-，I-）（为可与 B 形成配位八面体的阴离子（主要 由 Cl，Br ，I 等元素构成））
例如，钙钛矿材料结构 方面的可变性，不同的 温度有不同的结构，导 致其荧光性能产生差异 ，利用该性能制备储能 材料和温度传感器。
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谢谢大家！
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿太阳能电池的优点
•钙钛矿光吸收系数高 •能带间隙合适 •载流子运输特性好 •激子寿命长且束缚能低 •钙钛矿材料廉价易得
成本低 效率高
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
2.突出的光电性能和光致发光特性——发光二极管
有机一无机杂化钙钛矿材料具有十分优异的光电性质，光致发光性能较 好，其载流子具有较长的寿命和较快的迁移速率，在低压下就能够产生 发光效应。
Gustav Rose在1839年发现，后来由俄罗斯矿物学家L. A. Perovski 命 名。结构式一般为ABX3，其 中 A 和 B 是两种阳 离 子，X 是阴离子。
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一、有机-无机杂化钙钛矿材料概述
什么有机-无机杂化钙钛矿？
有机／无机杂化钙钛矿是立方钙钛矿(AMX3)的衍生物
结构中既有有机成分也有无机成分
介电约 束效应 联合作用
量子约 束效应
较大的激子结合能
调节无机和
强的室温光致发光特性 有机的组分
较高的载流子迁移率
非线性光学效应…
在光电领域 的巨大应用 前景
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三、有机-无机杂化钙钛矿材料的性能
特 殊
载流子迁移率高、
扩散长度长
应
的
光吸收能力强
用
杂
发光效率高
广
化 结
能带工程
泛
构
制备工艺低成本
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
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二、有机-无机杂化钙钛矿结构
1.钙钛矿结构
结构通式：ABO3
晶体结构：立方晶系
A
O
典型的钙钛矿结构材料为CaTiO3
A ：碱土或稀土离子rA > 0.090nm
B
B ：过渡金属离子rB > 0.051nm
O2-和半径较大的Ca2+共同组成立方紧密堆 积(面心结构)，Ti4+填充在位于体心的八面 体间隙中。(注：待会删，陈蓉可演讲时讲)