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有机无机钙钛矿材料ppt课件

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钙钛矿简述PPT课件

钙钛矿简述PPT课件

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不同种类的钙钛矿在物理性质、化学性质和晶体结构等方面存在差异，因此在应 用领域也有所不同。
02
CATALOGUE
钙钛矿的应用领域
太阳能电池
高效能源转换
钙钛矿太阳能电池具有较高的光 电转换效率，可利用太阳光能转 化为电能，为可再生能源领域提 供了一种有效的解决方案。
低成本制备
钙钛矿材料合成相对简单，且制 备工艺较为成熟，有望降低太阳 能电池的生产成本，促进太阳能 应用的普及。
传感器
气体传感器
钙钛矿材料对气体敏感，可以用于制造高性能的气体传感器，在环境监测、工 业控制等领域具有应用价值。
生物传感器
钙钛矿材料可以与生物分子结合，用于制造生物传感器，用于检测生物分子、 病毒和细菌等，在医疗诊断和食品安全等领域具有应用价值。
03
CATALOGUE
钙钛矿的研究进展
提高光电转换效率的研究进展
钙钛矿的结构特点
钙钛矿结构是一种ABO3型化合物， 其中A和B是两种不同的元素，O是 氧元素。
钙钛矿结构的特点是具有立方晶格结 构，其中A离子位于立方晶胞的中心， B离子和O离子位于面心上，形成了一 个连续的三维网络。
钙钛矿的分类
根据A、B位阳离子的不同，钙钛矿可以划分为多种类型，如铅基钙钛矿、锡基钙 钛矿等。
Байду номын сангаас影响。
界面工程
优化钙钛矿与电极、衬底之间的界 面性质，减少界面反应和失配应力 ，提高器件稳定性。
封装与保护
采用有效的封装和保护技术，降低 环境因素对钙钛矿器件的影响，延 长器件使用寿命。
器件集成与制造工艺研究进展
01
02
03
图案化技术

有机无机杂化钙钛矿

有机无机杂化钙钛矿

有机无机杂化钙钛矿
有机无机杂化钙钛矿（Hybrid organic-inorganic perovskites）是一类具有特殊结构和性质的半导体材料，由有机和无机分子组成，其化学式为ABX3。

其中，A和B通常是有机阳离子和无机阳离子，X是无机阴离子。

有机无机杂化钙钛矿材料具有如下特点：
具有高的光吸收性和光电转换效率，能够转换太阳能到电能，因此在太阳能电池等领域有广泛的应用。

有机分子和无机分子的杂化结构使其具有优良的光电性能、电子传输性能和光学性能等，具有很高的研究和应用价值。

材料制备相对简单，制备成本低，可以通过溶液旋涂、真空蒸发等方法进行制备。

材料在光电转换领域的应用前景非常广泛，例如，可以应用于光电器件、传感器、发光二极管等领域。

总之，有机无机杂化钙钛矿材料是一类非常有前途的材料，具有广泛的应用前景和研究价值。

有机-无机金属卤化物钙钛矿

有机-无机金属卤化物钙钛矿

有机-无机金属卤化物钙钛矿
有机-无机金属卤化物钙钛矿是由有机阳离子和无机阴离子组成
的混合物，其中最常见的有机阳离子是甲基铵(CH3NH3+)，而无机阴
离子则通常是卤化物离子（如Cl-、Br-、I-）。

这种结构的材料具
有良好的光吸收特性和电荷传输性能，使其成为太阳能电池领域备
受瞩目的材料。

有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的制备工艺相对简单，
成本较低，因此备受关注。

通过调控材料的结构和组分，可以实现
更高的光电转换效率和更长的使用寿命。

与传统的硅基太阳能电池
相比，有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池在光电转换效率和制
备成本上具有明显优势。

然而，有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池也面临着一些挑战，例如材料的稳定性和环境适应性等问题。

研究人员正在不断努
力解决这些问题，以推动该材料在太阳能电池领域的应用。

总的来说，有机-无机金属卤化物钙钛矿作为一种新型光伏材料，具有巨大的潜力。

随着对该材料的深入研究和技术的不断进步，相
信它将在未来的太阳能电池领域发挥重要作用。

有机钙钛矿材料研究进展ppt课件

有机钙钛矿材料研究进展ppt课件
Peidong Yang et al ,pnas ,2016 ,10,1073
钙钛矿材料的性质与应用
能带工程
杂化钙钛矿薄膜的一个优势是可以在分子水平上调控杂化 钙钛矿材料的组成成分, 从而有效调控其带隙.
Maksym V. Kovalenko通过阴离子交换改变钙钛矿中卤素原子 比例得到波长可调制的发光量子点（365nm紫外灯照射）
看起来MA对导带和价带不起什么作用，除 了贡献一个电子，稳定其结构。
考虑立方晶系下MA–PbI3的电子能态结构和分波态密度：MA取 向的不同会使得PbI6八面体发生扭曲，从而改变其电子结构
钙钛矿材料的性质与应用
近年来钙钛矿材料，特别是有机---无机钙钛矿材料正成为太阳能电池领域的新星， 其优异的光电转换效率吸引着人们的研究。
adv.optical mater. 2014,2,838-844
钙钛矿材料的性质与应用
发光原理及性能
ns
kBT ≈25 meV
共存
μs 不同钙钛矿材料的激子束缚能
竞争 钙钛矿材料光物理过程示意图
钙钛矿材料的性质与应用
钙钛矿材料具有高光吸收能力、高量子效率、高载流子迁移率以及发 射波长可进行调节等优点，非常适合作为激光增益介质.
• A、B位阳离子既可由单一离子也可由多种离子 占据，根据A、B位阳离子的种类及其离子半径 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。
认识钙钛矿结构材料
有机-无机杂化钙钛矿 （Organic/Inorganic Hybrid Perovskite,OIHP)的 结构和物理性质最早由Weber（Naturforsch. 1978,33b, 1443）报道。它可看成是有机基团和无机部分的交替堆 叠.

钙钛矿ppt

钙钛矿ppt
1、单一化运输 2、光吸收能力基本不变情况下， 材料所需厚度减小 3、三组分材料，无限的操作空间， 结构无限可能
FIVE 市场化问题
1、没有严格的器件性能评估方法。 2、 电池效率的可重现性差。 3、 材料对空气和水的耐受性以提高器件的稳定性差。 4、 电池材料有毒。 5、 无法大规模生产。
钙钛矿矿物就是Байду номын сангаасBNNO（或Ba，Ni共改性
金属电极 HTM
钙钛矿光敏层 ETM FTO 玻璃
FOUR 光转化为电能
激子生成示意图
太阳光入射到电池吸收层后随即被吸收， 光子的能量将原来束缚在原子核周围的电 子激发，使其形成自由电子。 由于物质整体上必须保持电中性，电子被 激发后就会同时产生一个额外的带正电的 对应物，物理学上将其叫做空穴。这样的 一个“电子--空穴对”就是科学家们常说 的“激子”。
光阳极：FT0和|T0导电玻璃 电子传输层(ETL)：接收带负电荷的电子载流子并且传输电子载流子的 材料，n型半导体。作用：促进光生电子-空穴对分离，提高电荷传输 效率。实验中背电极(Ag电极)一般用Ti02，但Ti02吸收紫外光产生光生 空穴影响钙钛矿太阳能电池的稳定性，所以空穴传输层用ZnO， Al2O3,Wo3，Zr0代替 光吸收层：钙钛矿层，收太阳光产生电子光阳极(FTO/To)空穴对，从 而高效的传输电子和空穴； 玻璃空穴传输层(HTL)：传输空穴；作用：促进电子和空穴在界面处的 分离，减钙钛矿太阳能电池的结构少复合，提高电池性能。实验中都 是spiro- OMe TAD，然而 spIro- OMe TAD的价格P型半导体昂贵、制备 工艺复杂，不利于大面积投入钙钛矿层到生产中，所以用P3HT， PCBM等有机物代替 背阴极：Au或Ag
的KNbO 3纳米晶体）越来越普及的电子设备，如手机和笔

钙钛矿结构及其制备方法 ppt课件

钙钛矿结构及其制备方法 ppt课件

的高标准排放的催化载体。
１５－３０、氧化铁０－０．５％及小于
３％的钾、钠和钙；。
催化剂后可达到更好的尾气净化功能，它 ５－５５、氧化铁０．５－１％及小于３
比起其它材料制作的蜂窝载体具有成品率 ％的钾、钠和钙；所述滑石粉含有镁２５
高、更高的抗热震性能、导热快、强度高、 －３５％，氧化硅５０－６５％、氧化铁
吸水率高、易于涂覆均匀、涂覆量高、将 ０－０．５％、氧化铝０－１５％、；所
少涂覆次数、使用寿命长等，是目前理想 述长石含有氧化铝３５－６５％、氧化硅
过渡金属原子半径
发明专利名称：
一种催化净化CO、NOX、HC的稀有过渡金属催化
专利号：ZL 2009 1 0114068.1
技术简要说明: 本发明公开了一种催化净化CO、NOx、HC 的稀有过渡金属催化剂。目前，利用贵金 属和γ－氧化铝的载体作用，对废气中的有 害物质进行催化净化，存在着在高温下γ－ 氧化铝载体会向α－氧化铝转化而呈现中毒 状态；使用钯、铂、铑等贵金属作为催化 剂，其成本过于昂贵问题。而本发明提供 了一种稀有过渡金属催化剂，克服现有催 化净化剂中氧化铝高温下易失效，并需要 贵金属的不足之处。本发明具备“储氧功 能”，“抗毒性功能”，“结构稳定功 能”，具有活性高、热稳定性好、抗老化、 使用寿命长，特别是具有抗铅中毒的特点 及一定范围内加大涂覆量，其催化净化效 果会随涂覆量的增加而提高的特点。其催 化、净化处理量达９０％以上，特别是对 ＣＯ的处理净化可达１００％。
发明专利名称：
以红柱石为主成份的发动机尾气催化蜂窝载体及制备方法
专利号：2
主权利要求：
ห้องสมุดไป่ตู้
技术简要说明:
以红柱石为主成份的发动机尾气催化蜂窝

ABX3型钙钛矿光伏材料的结构与性质调控ppt课件

ABX3型钙钛矿光伏材料的结构与性质调控ppt课件

钙钛矿结构中B-X-B键的夹角对调节钙钛矿材料的带隙起着至关重要的作用。 因此，通过改变不同金属离子来调控钙钛矿材料的结构和性质同样备受关注
根据元素周期律Ge2+比Pb2+和Sn2+更容易被氧化
这三者的稳定性大小依次为AGeI3< ASnI3< APbI3
CH3NH3PnI3
用Sn2+代替Pb2+
CH3NH3SnI3
ABX3型钙钛矿光伏材料的结构与性质调控
1
ABX3型光伏材料结构与性质的关系 阳离子A对ABX3型光伏材料的调控 金属离子B对ABX3型光伏材料的调控 卤素阴离子离子X对ABX3型光伏材料的调控
2
ABX3型光伏材料结构与性质的关系
钙钛矿型ABX3有机—无机杂化材料
A: 有机胺阳离子（例如CH3NH3+） B: 金属Pb+或者Sn+ X: Cl-、Br-、I-等卤素阴离子或者SCN-
顶电池的钙钛矿有源层 底电池的硅材料有源层
高能量光子 低能量光子
宽光谱高效光吸收 降低热效应
度因进此行，调非控常以有分必别要适对应AB不X同3型类钙型钛太矿阳材能料电的池禁的带要宽求
4
ABX3型光伏材料结构与性质的关系
钙了钛钙矿钛的矿理结想构晶的胞基如本图三所维示骨。架。BX6八面体顶点相连构成
A离子填充于12配位的晶格空隙中 位于立方体的8个顶点上
B离子位于体心
X离子位于6个面心点上
在这种晶体结构中离子半径间满足下列关系： RA+RB=t√2（RA+RB）
t在0.77~1.1，以钙钛矿存在 t<0.77，以铁钛矿存在 t>0.11时以方解石或文石型存在

钙钛矿太阳能电池报告ppt课件

钙钛矿太阳能电池报告ppt课件

➢ 双源气相沉积法
➢ 顺序气相沉积法
MA : CH3NH3+
MA : CH3NH3+
Journal of Nanomaterials, vol. 2018, Article ID 8148072, 15 pages, 2018.
合成方法 — 溶液法
➢ 一步法
➢ 两步法
MA : CH3NH3+
MA : CH3NH3+
ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 42436-42443
含噻唑 240nm
界面钝化
功率转换效率
无噻唑
14%
50个太阳能电池功率转换效率直方图
含噻唑
ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 42436-42443
18%
界面钝化
目录 CONTENTS
1 历史背景
2 钙钛矿太阳能电池的基本结构
3 高效率太阳能电池的实现
4 前景及挑战
钙钛矿光伏技术的起点：
Organometal halide perovskites as visible- light sensitizers for photovoltaic cells
被《Science》杂志评为 2013 年十大科学突破之一
无噻唑 120nm
Top-view SEM images MAPbI3 films: (a, b) fabricated without thiazole; (d, e) fabricated with a thiazole additive (c, f) Histogram of the grain size for MAPbI3 films w/o and with thiazole

有机-无机钙钛矿材料

有机-无机钙钛矿材料

光 电 转 换 效 率 % 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
钙钛矿
PV—有机太阳能电池 DSSC—染料敏化太阳能电池 a-Si—非晶硅太阳能电池
14
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿太阳能电池结构
电极 传输电子，阻碍空穴 钙钛矿吸收层（300 nm） 传输空穴，阻碍电子 空穴迁移层 导电玻璃
5
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 B
典型的钙钛矿结构材料为CaTiO3 A ：碱土或稀土离子rA > 0. 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)
载流子迁移率高、 扩散长度长 光吸收能力强 发光效率高
能带工程
制备工艺低成本
应 用 广 泛
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
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
13
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%。
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
二、有机-无机杂化钙钛矿结构
介电约 束效应 量子约 束效应
联合作用
较大的激子结合能 强的室温光致发光特性 较高的载流子迁移率 非线性光学效应…
调节无机和 有机的组分
在光电领域 的巨大应用
前景
三、有机-无机杂化钙钛矿材料的性能

第二章钙钛矿结构及相关功能材料-PPT精选文档

第二章钙钛矿结构及相关功能材料-PPT精选文档
的晶胞内存在固有电矩，通常将这类晶体称为极性晶体。
例：由热运动引起的自发极化
自发极化主要是由晶体中某些离子偏离了平衡位置，使单位晶胞 中出现了偶极矩，偶极矩之间的相互作用使偏离平衡位置的离子 在新的位置上稳定下来，同时晶体结构发生了畸变。 BaTiO3：钙钛矿型结构 立方晶系（大于120 oC） ：
和半径条件，都是具有钙钛矿结构的化合物。 在La2/3Ca1/3MnO3中，低价态Ca的掺入，使得Mn采取+3和+4的
混合价态，从而满足钙钛矿结构的电价要求。在Ca2CaUO6中， 有1/3的Ca与U交替占据钙钛矿型晶格的B位。在Ba2Bi2O6中，有 一半Bi原子为+3价，另一半为+5价。
3）功能特性的起源
A、O离子半径比较相近，A与O离子共同构成立方密堆积。
6.
7.
正、负离子电价之间应满足电中性原则，A、B位正离子电 价加和平均为(+6)便可。
由于容差因子 t 范围很宽及A、B离子电价加和为(+6)便可， 使结构有很强的适应性，可用多种不同半径及化合价的正 离子取代A位或B位离子。 简单的：A1+B5+O3，A2+B4+O3，A3+B3+O3
钙 钛 矿 晶 体 结 构
B O
A
钙钛矿结构中基本的 (AO3)4- (111) 面的密堆层
2）结构特点：
1. 氧八面体共顶点连接，组成三维网络，根据Pauling 的配位多面体连接规则，此种结构比共棱、共面连 接稳定。 2. 共顶连接使氧八面体网络之间的空隙比共棱、共面 连接时要大，允许较大尺寸离子填入，即使产生大 量晶体缺陷，或者各组成离子的尺寸与几何学要求 有较大出入时，仍然能够保持结构稳定；并有利于 氧及缺陷的扩散迁移。 3. 钙钛矿结构中的离子半径匹配应满足下面关系式：

有机无机双钙钛矿

有机无机双钙钛矿

有机无机双钙钛矿
1. 结构特征
有机无机双钙钛矿材料由有机阳离子(如甲基铵离子)和无机阴离子(如铅卤素八面体)组成。

这种有机-无机杂化结构赋予了材料特殊的光电性质。

2. 优势
(1) 高效率:光电转换效率可达22%以上,接近商业化硅电池。

(2) 低成本:原材料丰富,制备工艺简单。

(3) 可调谐带隙:通过改变组分,可调节吸光范围。

(4) 高载流子迁移率:载流子扩散长度长,有利于电荷传输。

3. 应用前景
(1) 钙钛矿太阳能电池:高效、低成本、轻薄柔性。

(2) 发光二极管:高效、低成本、易调色。

(3) 激光器:低阈值、窄发射线宽。

(4) 探测器:宽吸收光谱范围、高响应度。

4. 挑战
(1) 稳定性:易受热、湿、电场等环境影响。

(2) 毒性:部分组分含有铅,存在潜在环境风险。

(3) 界面缺陷:界面缺陷会降低器件性能。

未来,通过材料优化和界面工程,有机无机双钙钛矿材料必将在新能源
和新型光电子器件领域发挥重要作用。

2020年钙钛矿结构及相关功能材料(PPT60页)参照模板可编辑

2020年钙钛矿结构及相关功能材料(PPT60页)参照模板可编辑

介电体 压电体 热释电体
铁电体
MO2 分子的极化过程示意图
化合物要具有好的铁电性能，需要满足以下条件：
必须具有改变原子相对位置的柔性基本结构，该结构应能灵活的改变原子相 对位置。
有一个轻微变形的晶体结构（某一方向），该结构中正负电荷中心不重合， 即晶体沿一个方向有极化。
c≠a
c=a
c≠a
钙钛矿结构化合物对于铁电体来说正是这样一种好的结构。 因为：
主要应用
电声器：扬声器、送话筒、 水下通讯和探测：水声换能器、鱼群探测器 雷达中的陶瓷表面波器件 通讯设备：陶瓷滤波器 精密测量：压力计 红外技术：红外热电探测器 高压电源：变压器 高密度信息存储
2.3 钙钛矿系庞磁阻(CMR)材料
CMR：Colossal Magneto-resistance
巨磁电阻效应（Giant Magneto-resistance，GMR）
由于畸变，使一些钙钛矿晶体结构中正、负电荷中 心不重合，即晶胞中产生偶极矩，产生自发极化。
2.2.2 压电和热释电效应
在机械应力的作用下介质发生 极化，形成晶体表面电荷的效 应称为压电效应。
反之，当外加电场于晶体，晶 体发生形变的效应称为逆压电 效应。逆压电效应也称电致伸 缩效应。这样的性质称为晶体 的压电性。具有压电效应的晶 体称为压电体。
斜方晶系 ( 111）方向↓←- 80 oC
三方晶系
立方晶系
Ps 斜方晶系
Ps 四方晶系
Ps 三角晶系
BaTiO3单晶的介电常数与温度的关系
2. BaTiO3自发极化产生的原因：
Ti4+－O2-间距大（2.005A），故氧八面体间隙大, 因而Ti4+ 离子能在氧八面体中震动。

有机无机钙钛矿材料ppt课件

有机无机钙钛矿材料ppt课件
5
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)
18
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
19
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
20
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。
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
13
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
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。
4
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？

钙钛矿及类钙钛矿材料的催化特性PPT演示课件

钙钛矿及类钙钛矿材料的催化特性PPT演示课件
11
Interaction of gaseous NO, O2, and H2 with the 0.1 wt% Pt/La0.5Ce0.5MnO3 catalyst.
H-assisted NO desorption and dissociation mechanism NO-s+H-s → N-s + OH-s
6
制备方法
样品的结构、形态、粒度、比表面以及催化活性等,都会 受到制备方法和制备条件的影响。
Hackenberger M et al. Solid State Ionics, 1997, 101:1195-1200
常用纳米粒子的制备方法 化学气相沉积法、化学沉淀法、溶胶—凝胶法、柠檬酸 络合法、超临界干燥法、水热合成法、冷凝法和微乳液法等.
DFT: 二维傅里叶变换
8
二、应用与催化性能
1.汽车尾气净化
“三效”催化剂twc
即将排放的HC, CO及NOx同时进 行氧化还原消除
早期使用普通金属Cu、Cr、Ni，催化活性差，起燃温
度高，易中毒。后来用的贵金属R、Pd、Rh等作催化剂， 具有活性高、寿命长、净化效果好等优点，但因其价格 昂贵，很难推广。
λ = (2O2 + NO)/(CO + 9C3H6)
13
在计量因子λ=1.0和空速=60000ｈ-1的条件下,对ＣＯ的消除, Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭＯ3的活性最高(ＣＯ转化率为100%时的反应温度 为160℃);对ＮＯ的消除,催化活性按Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭＯ3>Ｌａ0.2 Ｓｒ0.8ＭＯ3>Ｌａ0.4Ｓｒ0.6ＭＯ3>Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＭＯ3>ＬａＭＯ3 顺序下降;对Ｃ3Ｈ6的消除,催化活性按Ｌａ0.2Ｓｒ0.8ＭＯ3>Ｌａ 0.8Ｓｒ0.2ＭＯ3>Ｌａ0.4Ｓｒ0.6ＭＯ3>Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＭＯ3>ＬａＭ Ｏ3顺序下降。根据ＴＰＤ,ＴＰＲ(程序升温还原)和ＸＰＳ(Ｘ 射线光电子能谱)等表征结果,我们认为Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭＯ3的Ｔ ＷＣ催化性能最好,原因是其晶体结构中同时具有氧空位和过量 计量氧。

钙钛矿结构及相关功能材料演示文稿

钙钛矿结构及相关功能材料演示文稿
Co/Cu多层膜的磁电阻与Cu层厚度tCu为0.9、1.9、3.0nm处，分别有一明
显的峰值，对应反铁磁耦合，谷对应铁磁耦合。随着非磁层厚度的变化，多 层膜中磁层的层间耦合在反铁磁与铁磁间振荡，磁电阻值也在极大与极小间 振荡。
目前三十四页\总数五十九页\编于九点
目前三十五页\总数五十九页\编于九点
目前十二页\总数五十九页\编于九点
目前十三页\总数五十九页\编于九点
3）功能特性的起源
正离子和/或负离子偏离化 学计量
正离子构型畸变 混合价
O2-
Ti4+
Ca2+
以上均可以通过对基本化学相进行正离子掺杂来实现。而钙钛矿结构中，金 属正离子几乎可以不受数量的限制进行复合、还原、再氧化产生非化学计量， 及通过控制有序氧空位的数量可实现高氧离子可动性或者改变其电磁性能。
其中压电晶类 (20种)
极性晶类 (热释电晶 类)（10种）
非极性晶类 （11种）
具有对称中心的晶类 （11种）
1，2，3，4，6，m, mm2, 4mm，3m， 6mm
222, -4, -6, 23, -43m, 422, -42m, 32，622， -6m2，423(不具有压电性）
-1,2/m,4/m,- 3, 6/m, m3, mmm, 4/mmm, 6/mmm, m3m, -3m
钙钛矿结构及相关功能 材料演示文稿
目前一页\总数五十九页\编于九点
钙钛矿结构及相关功能 材料
目前二页\总数五十九页\编于九点
2.1 钙钛矿结构（Perovskite）
当前压电、超导、磁电阻、催化、离子导体等 多种功能材料中，具有钙钛矿结构的材料占重 要比例，因此钙钛矿结构材料也是当前材料科 学研究领域的热点之一。

无机钙钛矿和有机钙钛矿

无机钙钛矿和有机钙钛矿

1.无机钙钛矿和有机钙钛矿如何区分？
答：钙钛矿分有机和无机方法如下；有机组分通过氢键作用与无机层卤素相结合，而有机组分之间通过范德华力作用连接。

有机和无机组分被巧妙地组合成一个分子复合物，形成了一种杂化材料，并使材料同时具备有机与无机材料的优点。

无机钙钛矿；无机组分可以为杂化材料提供较高的迁移率、热稳定性、介电性以及较低的能隙，有机组分则为材料提供了一个优良的自组装和成膜性，能够实现材料结构可变性、易加工性以及较高的荧光量子产率等。

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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)