摘要
采用一步旋涂法，在玻璃衬底上制备了CH3NH3SrxPb1-xI3薄膜，探究了其成膜机理，并着重研究了前驱体摩尔比Rmol([CH3NH3I]/[PbI2])、旋涂转速、前热处理温度(TPA)、旋涂溶剂以及Sr的取代量对薄膜微结构及光学性质的影响。主要结果如下： (1)在溶胶配制过程中,前驱体CH3NH3I以CH3NH3+和I-的形式存在，而PbI2会组成[PbI6]4-八面体无机金属卤化物模板层，CH3NH3+通过氢键作用填入该无机模板层的空隙中，再加上有机溶剂中的 DMF分子，三者共同作用形成PbI2-DMF-CH3NH3+层状金属有机框架结构。因此，在胶体溶液中除了生成CH3NH3PbI3反应外，还有PbI2-DMF-CH3NH3+三明治结构的存在。由于PbI2和DMF比PbI2和CH3NH3I的分子间配位作用要强，所以DMF溶剂分子的存在会阻碍PbI2和CH3NH3I反应生成CH3NH3PbI3。因此，对薄膜进行前热处理，一是对溶胶进行固胶，二是加快溶胶中有机溶剂的挥发，使PbI2-DMF-CH3NH3+结构坍塌，促使钙钛矿CH3NH3PbI3的形成。 (2)Rmol的减小，使薄膜的吸收边先蓝移后红移，前者归结于胶体中过量的CH3NH3I所产生的应力，而后者则归结<110>方向平均晶粒尺寸的逐渐增大以及PbI2过量所造成的应力减小。Rmol=1:1能够一步法制备出最佳的CH3NH3PbI3薄膜。 (3)当TPA过低时，前驱体反应不完全，TPA过高时，会导致CH3NH3PbI3分解成PbI2。TPA<140℃时，样品薄膜在<110>方向上的平均晶粒尺寸增大，而在200℃~300℃，晶粒平均尺寸变化不明显。在RT~140℃范围内，薄膜吸收边先蓝移后红移。前者归结于薄膜中由于温度升高所产生的热应力，后者归结为温度效应，即CH3NH3PbI3中的键能减小所致。TPA=100℃是一步法制备CH3NH3PbI3薄膜的最佳前热处理温度，而140℃是薄膜热分解的临界温度。 (4)混合有机溶剂使CH3NH3PbI3薄膜结晶变差，是由于DMSO的高粘度以及低挥发速度，减缓了100℃前热处理过程中PbI2和CH3NH3I的反应速度。适当增加DMSO的比例，可以有效地调节CH3NH3PbI3的吸收边，还可以改善CH3NH3PbI3的发光强度。在本实验中，当混合溶剂中DMF的体积分数为60%时，能制备出最佳的CH3NH3PbI3薄膜。 (5)少量Sr取代，钙钛矿晶型没有改变。少量Sr取代可使CH3NH3SrxPb1-xI3薄膜表面变致密。当增大Sr取代量时，CH3NH3SrxPb1-xI3结晶变差，薄膜吸收边变化范围为1.30 eV~1.55 eV，薄膜吸收边的改变应归结于在钙钛矿材料中掺入少量Sr所产生的应力所致。当SrI2:PbI2=1:9和2:8时，所对应样品薄膜具有优异的发光性能。
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