有机-无机杂化钙钛矿光电功能材料结构温度依赖特性的正电子谱学研究

Organic–inorganic hybrid perovskite-based photoelectric functional materials, such as methylammonium lead halide perovskites, have attracted considerable attention because of their meteoric rise in device efficiency. Organic–inorganic hybrid materials represent a new class of materials that may combine desirable physical properties characteristic of both organic and inorganic components within a single composite. Modulating the electronic structure of materials on the nanometer length scale is a key research direction to hybrid materials at the molecular level. The morphological and structural properties of the hybrid materials have a remarkable temperature-dependent characteristics. In order to reveal and evaluation how the density and type of defects affect the macro photoelectric properties, it must clarify the microstructure of the relevant defect morphology, identify and character the static and dynamic relationship with each other. The project is expected to use the slow positron beam and other independent developing positron spectroscopy equipment, and also in combination with other materials characterization techniques, to measure and analyze the temperature-dependent characteristics of hybrid-induced defect in perovskite-based photoelectric functional materials, and obtain its environmental sensitivity and evolutionary mechanisms. The results will establish the new methods to understand the thermal stability of the hybrid perovskite-based photoelectric functional materials.

以甲基胺铅卤等新型钙钛矿材料为典型代表的有机-无机杂化钙钛矿光电功能材料，因其短时间内能量转换效率的大幅提升，发展迅速并显示出广阔的应用前景。利用无机材料电子迁移率高和稳定性好以及有机材料荧光效率高和易加工的优点合成的有机-无机杂化钙钛矿材料，是一种分子尺度的复合，已经成为开发高能量转换效率光电功能材料的一个重要方向。杂化钙钛矿光电功能材料的晶体结构和成膜质量具有明显的温度依赖特性，并直接决定光电器件的性能。为了揭示和分析杂化钙钛矿光电功能材料温度依赖特性的微观原因，确定和描述对材料宏观性质有重要影响的晶体缺陷的静态和动态特性，必须了解其微观结构的动力学演化行为。本项目预期利用慢正电子束等正电子谱学实验设备，结合其它表征手段，测量分析杂化钙钛矿光电功能材料中相关缺陷态的温度依赖行为，获取杂化钙钛矿光电功能材料中缺陷的环境敏感特性和演变机理，并探讨对该体系性能调控的新原理和新方法。

以甲基胺铅卤等新型钙钛矿材料为典型代表的光电功能材料的晶体结构和成膜质量具有明显的环境依赖特性，并直接决定光电器件的性能。为了揭示和分析影响钙钛矿结构光电功能材料宏观性能的微观原因，本项目在实验技术上发展了高精度正电子谱仪的相关方法，开展了利用过阈时间法简化谱仪读出设备的探索。在理论计算方面，编写并完善了正电子湮没寿命和湮没多普勒展宽S参数的计算程序，发展了应用马尔科夫链蒙特卡洛分析精确解析正电子湮没寿命谱的方法，消除了解析正电子寿命谱结果过程中面临一些不确定性。并且利用这些谱仪技术和理论模拟，完成了FAPbI3等钙钛矿结构光电功能材料的微观结构和宏观性能关系的分析表征，发现了甲脒基碘化铅（FAPbI3）薄膜结晶度对宏观性能的影响关系，获得了Br含量对H2N = CHNH2Pb (I1-xBrx)3钙钛矿薄膜相稳定性和性能的影响，揭示少量的溴的存在可以稳定钙钛矿相。但随着溴含量的增加，钙钛矿α相的稳定性显著降低。本项目利用正电子谱学技术方法，并结合其它表征手段，揭示了钙钛矿光电功能材料中相关缺陷态的环境依赖行为，这为准确理解钙钛矿光电功能材料中缺陷的演变机理，以及对该体系性能调控的新原理和新方法都有重要的指导意义。