亚铜掺杂碘化锡基层状类钙钛矿有机-无机杂合物材料的制备与性能研究

层状类钙钛矿杂合物是有机、无机组分在分子尺度上复合而成的一种天然量子阱材料，可在分子尺度上对其结构进行剪裁而实现对性能的精确设计和控制，并能采用简单工艺制备大面积薄膜，因而应用潜力巨大。但目前得到的杂合物不能兼具足够高的载流子迁移率和载流子密度及优良的成膜性能，因而制约了其实际应用。本项目选择碘化锡杂合物体系，采用一价Cu掺杂来提高载流子密度，适当增加无机层的数目来提高载流子迁移率，选择适当有机元来改善其成膜性能，采用实验与量子化学理论计算相结合的方法，系统研究不同Cu掺杂量、不同无机层数目、不同有机元时杂合物材料的电子学性能，结合实验与理论计算的研究结果，优化Cu掺杂量、无机层数目、有机元种类和优化制膜工艺，制备出迁移率和载流子密度都较高、成膜性能良好的碘化锡杂合物材料和膜，探索其结构与性能之间的本质联系。本项目的研究成果有助于丰富分子层次量子阱材料的知识体系，有重要的理论和实际意义。

层状类钙钛矿结构有机-无机杂合物是有机、无机组分在分子尺度上复合而成的一种天然量子阱材料，可在分子尺度上对其结构进行剪裁而实现对性能的精确设计和控制，并能采用简单工艺制备大面积薄膜，因而应用潜力巨大。本项目从实验和理论计算两个方面研究了亚铜掺杂碘化亚锡基杂合物和相关其他金属卤化物基杂合物的合成、结构与性能，并探讨了该类杂合物组成、结构与能带及性能之间的关系。.用溶液法合成了亚铜掺杂的碘化亚锡基杂合物，并讨论了亚铜掺杂量对电子学性能的影响。实验研究发现，亚铜掺杂量的增加会使杂合物带隙增大，载流子浓度因此下降。碘化亚锡基杂合物的量子力学计算研究表明，有机元与无机元之间的相互作用会使无机元偏离理想钙钛矿结构，即产生无机框架的畸变，畸变越大，则带隙越大。.用溶液法合成了过渡金属卤化物基和碘化铅基的杂合物，并从实验和理论计算两方面研究了其结构与能带、性能之间的关系。研究发现，对含单钙钛矿层的杂合物来说，在结构相似的条件下，无机元中金属元素的种类对其费米面附近的能带构成有决定作用， 因此杂合物带隙大小及相关性质如颜色取决于无机元的种类。但有机元的种类和在空间的具体排列方式会导致无极框架的畸变，即导致无极框架对理想钙钛矿结构的偏离，畸变越大，带隙越大。当钙钛矿层数增加时， 能有效降低带隙的大小，提高载流子的浓度。