پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی word – مهندس امیرمسعود شکری


در حال بارگذاری
۱۶ اسفند ۱۳۹۷
word
رایگان
خرید

پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

پایان­ نامه برای دریافت درجه­ی کارشناسی ارشد

در رشته­ ی فیزیک گرایش حالت جامد

 

عنوان: مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

اساتید راهنما: دکتر فرهاد ستاری ، دکتر صغری میرارشادی

استاد مشاور: دکتر یاشار عزیزیان

پژوهشگر: امیرمسعود شکری

تاریخ ارائه : شهریور ۹۶

نوع فایل : word – ورد

حجم فایل :

تعداد صفحات : ۸۸

همراه با فایل پاورپوینت ارائه دفاع

تمامی حقوق مادّی و معنوی مترتب بر نتایج، ابتکارات، اختراعات و نوآوری­هایِ ناشی از انجام این پژوهش، متعلق به دانشگاه محقق اردبیلی می­باشد. نقل مطلب از این اثر، با رعایت مقرّرات مربوطه و با ذکر نام دانشگاه محقق اردبیلی، نام استاد راهنما و دانشجو بلامانع است.

چکیده:

در سال­های اخیر بهره سلول­های خورشیدی بر پایه نیمرساناهای پروسکایتی، رشد چشمگیری را نشان داده است، که بسیار نزدیک به بهره سلول­های خورشیدی سیلیکونی است. اما دلیل پیشرفت این ادوات نوری به طور واضح مشخص نیست. با توجه به اهمیت بکارگیری ساختارهای پروسکایتی در نسل جدید سلول­های خورشیدی، مطالعه بر روی خواص الکترونیکی و اپتیکی این ساختارها ضروری به نظر می­رسد. بنابراین در این پایان­نامه ابتدا ساختار پروسکایتی آلی-معدنی CH۳NH۳PbX۳ با هالوژن­های مختلف Clو Br ،I X= سنتز شده و سپس تاثیر نوع هالوژن در ساختار مذکور بر روی خواص الکترونیکی آنها به طور تجربی مطالعه شده است. نتایج بدست آمده نشان می­دهد که با تغییر نوع هالوژن، به راحتی گاف انرژی این ساختارها را می­توان کنترل کرد. از اینرو امید می­رود که بتوان از این ساختارها در ادوات الکترونیکی و اپتیکی بهره برد.

می­دانیم نیمرساناهای

مرسوم دارای جذب و طول عمر بالای حامل­ها در حالت باند گاف مستقیم، یا جذب و طول عمر پایین حامل­ها در حالت باندگاف غیرمستقیم هستند. پروسکایت­های هیبریدی به دلیل جذب و طول عمر بالای حامل­ها، کارایی خوبی را از خود نشان می­دهند. در این پایان­نامه نشان دادیم که در ساختار پروسکایتی CH۳NH۳PbCl۳ ،گاف انرژی غیرمستقیم در فشارهای بالا، در حدود (GPa 2/1) ظاهر می‌شود و این گاف انرژی با افزایش فشار، افزایش می­یابد. همچنین در ساختار پروسکایتی CH۳NH۳PbBr۳ باند گاف مستقیم در فشارهای بالا (GPa 2/1) ظاهر می­شود و این گاف انرژی با افزایش فشار کاهش می­یابد. علاوه بر این گاف انرژی ساختار پروسکایتی CH۳NH۳PbI۳ ، با افزایش فشار، کاهش یافته و در فشار GPa 11/0 به کمترین مقدار خود می­رسد و در ادامه با افزایش فشار، تغییر چندانی نمی‌کند. پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

 

کلید واژه­ها: پروسکایت هیبریدی آلی-معدنی، گاف انرژی و نورزایی

فهرست مطالب

شماره و عنوان مطالب صفحه

 

فصل اول: کلیات پژوهش

۱-۱- مقدمه ……………………………………………………….۲

۲-۱- پروسکایت هیبریدی آلی –معدنی ………………………….۲

۱-۲-۱- ساختارهای سه بعدی آلی –معدنی ………………………۲

۲-۲-۱- خواص ساختارهای سه بعدی ……………………………۶

۳-۲-۱- ساختارهای دو بعدی …………………………………….۷

۴-۲-۱- خواص ساختارهای دو بعدی …………………………..۹

۳-۱- گاف انرژی و عوامل موثر بر گاف انرژی ……………..۱۲

۱-۳-۱- نیمرسانای گاف انرژی مستقیم ………………………..۱۳

۲-۳-۱- نیمرسانای گاف انرژی غیرمستقیم ……………………۱۴

پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

 

فصل دوم: مبانی نظری پژوهش

۱-۲- مقدمه …………………………………………….۱۶

۲-۲- روش‌های مختلف سنتز و ساخت لایه‌ نازک ساختارهای پروسکایتی………….۱۷

۳-۲- مروری برکاربردهای ساختارهای پروسکایتی ……………۲۱

۱-۳-۲ سلول‌های خورشیدی ………………………………………۲۱

۲-۳-۲- دیودهای نور گسیل (LED) ……………………………..26

۴-۲- مروری برتحقیقات انجام شده برگاف انرژی ساختارهای پروسکایتی …………………….۲۸

۱-۴-۲-تغییر باند گاف نوری مستقیم به غیرمستقیم در فیلم‌های پروسکایتیCH۳NH۳PbI۳ با تغییر مقدار ماده آلی….۲۸

۲-۴-۲- اثر فشار بر انتقال باند گاف غیرمستقیم به مستقیم در پروسکایت‌ها MAPI ………………….34

۳-۴-۲- خاصیت باند گاف مستقیم و غیرمستقیم در پروسکایت یدیدسرب‌متیل‌امینیوم ………….۳۷

۴-۴-۲- تنظیم باند گاف MoS۲ دو لایه و تک لایه در اثر کشش …………………۳۷

 

 

فصل سوم: مواد و روش پژوهش

۳-۱- مقدمه ………………………۴۲

۳-۲- روش سنتز ساختار پروسکایتی………………..۴۲

۳-۳- ساخت قالب جهت تهیه قرص و اعمال فشار برآن……………..۴۴

۳-۴- روش‌های مشخصه یابی……………………………….۴۵

۱-۴-۳- پراش پرتو ایکس XRD)) …………………………..۴۶

۳-۴-۲- طیف سنجی جذبی فرابنفش -مرئی…………………۴۷

۳-۴-۳- طیف سنجی فوتولومینسانس………………………..۴۹

۴-۴-۳- طیف سنجی بازتابی پخشی ……………………….۵۱

پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

 

فصل چهارم: تحقیقات انجام شده و یافته‌های پژوهش

۴-۱- مقدمه …………………………………………………..۵۳

۴-۲- بررسی اثر نوع هالوژن بر تغییر گاف انرژی در ساختارهای پروسکایتی…………۵۳

۴-۳- بررسی اثر فشار در ساختار پروسکایتیCH۳NH۳PbCl۳ ……………..۵۸

۴-۴- بررسی اثر فشار در ساختار پروسکایتی CH۳NH۳PbBr۳ ……………۶۰

۵-۴- بررسی اثر فشار در ساختار پروسکایتی CH۳NH۳PbI۳ …………….۶۳

 

پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و بحث

۱-۵- مقدمه………………………….۶۶

۲-۵- نتایج…………………………..۶۶

۳-۵- در نهایت پیشنهاداتی در راستای ادامه این پایان‌نامه اراه می‌گردد…………….۶۷

فهرست منابع و مآخذ…………………………۶۸

 

فهرست جدول­ها

شماره و عنوان جدول صفحه

 

جدول۱–۱: سیستم‌های کریستالی و دمای گذار فازهای پروسکایت CH۳NH۳PbX۳ ……………….۵

جدول۲-۱: تعدادی از فیلم‌هایMAPbI۳ ………………………………………۳۰

جدول۲-۲ : باند گاف نوری فیلم‌های MAPbI۳ …………………………۳۳

 

فهرست شکل­ها

شماره و عنوان شکل صفحه

 

شکل ۱-۱: ساختار اساسی پروسکایت سه بعدی و توسعه ساختار شبکه با اتصال اکتاهدرال در گوشه‌ها………۳

شکل ۱-۲: نتایج تجربی طیف جذبی فیلم‌های پروسکایتی با هالوژن های مختلف برحسب طول موج …………۷

شکل۱-۳: پروسکایت لایه‌ای دوبعدی با الف) تک کاتیون آمینیوم آلی ب) دو کاتیون آمینیوم آلی …….۸

شکل۱-۴: طرح پروسکایت هالیدی سرب‌دار دو بعدی (R-NH۳)۲MX۴ ……..۹

شکل۱-۵: طرح ساختار الکترونیکی پروسکایت‌های لایه‌ای دو بعدی…………..۱۰

شکل ۱-۶: الف) طیف فوتولومینسانس هیبریدهای (C۴H۹NH۳)۲MI۴ با M= Ge, Sn, Pb وnm9/457= exλ

ب) طیف جذب فیلم نازک هیبریدهای (C۴H۹NH۳)۲PbX۴ با X= Cl, Br, I …………………….12

شکل ۱-۷: ساختار نوار انرژی رسانا و نیمرسانا و نارسانا ………………………….۱۳

شکل۱-۸: الف) گاف انرژی مستقیم و ب) غیرمستقیم نیمرسانا ………………………۱۴

شکل ۲-۱: چهار روش اصلی برای ایجاد لایه فعال پروسکایتی

الف) لایه‌نشانی محلول تک مرحله ای، ب) لایه‌نشانی دو مرحله ای، ج) نشست بخار دو منبعی،

پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

د) دو مرحله ای به کمک فاز بخار………………….۱۷

شکل ۲-۲: طرح تبخیر حرارتی تک چشمه‌ای……………۲۰

شکل۲-۳: طرح سلول خورشیدی ………………………..۲۳

شکل ۲-۴: طیف امواج الکترومغناطیسی خورشید …………………۲۴

شکل ۲-۵: الف) ساختار لایه‌های مختلف قطعه نورتاب، ب) ساختار مولکولی OXD7 و

ج) طیف الکترولومینسانس قطعه نورتاب در کنار طیف فوتولومینسانس لایه نازک هیبرید آلی- معدنی ……..۲۷

شکل ۲-۶: الف) ساختار لایه‌های مختلف قطعه نورتاب، ب) طیف الکترولومینسانس قطعه نورتاب با هالوژن­های مختلف

a: کلر، b: برم و c: ید ………………………..۲۸

شکل ۲-۷: طرح پراش پرتوهای x از فیلم‌های MAPbI۳ ……………………۳۱

شکل ۲-۸ : تصاویر SEM و عکس فیلم‌های MAPbI۳ ………………….۳۱

شکل۲-۹: طیف جذب فرابنفش-مرئی فیلم‌های MAPbI۳ ……………….۳۲

شکل۲-۱۰: طیف جذب و فوتولومینسانس MAPI با اعمال فشارهای مختلف …………….۳۶

شکل ۲-۱۱: تغییر طیف رامان برای ساختار تک لایه MoS۲ …….۳۹

شکل ۲-۱۲:a) شدت طیف PL مولیبیدینیوم‌‌دی‌سولفید تحت کشش بر حسب انرژی

b) شدت طیفPL مولیبیدینیوم‌دی‌سولفید دو لایه تحت کشش بر حسب انرژی ………………….۴۰

شکل ۳-۱: انواع هیبریدهای سنتز شده ؛ الف) CH۳NH۳PbBr۳ ب) CH۳NH۳PbCl۳

ج) CH۳NH۳PbI۳…………………………۴۳

شکل ۳-۲: قطعات قالب ساخته شده برای تولید قرص و اعمال فشار برآن………………………۴۴

شکل ۳-۳: دستگاه پرس هیدرولیکی روغنی برای اعمال فشار بر قرص‌ها………………۴۵

شکل۳-۴: قرص‌های تولید شده در فشارهای مختلف……………………………..۴۵

شکل ۳-۵: شکل شماتیک از دستگاه XRD………………………………47

شکل۳-۶: شکل شماتیک از دستگاه طیف سنج جذبی فرابنفش-مرئی…………………………….۴۹

شکل ۳-۷: شمایی ازطیف سنجی فوتولومینسانس……………………………۵۰

شکل ۳-۸: طرحی از چیدمان بکار گرفته شده جهت اندازه­گیری فوتولومینسانس برای نمونه CH۳NH۳PbI۳………………..۵۰

شکل ۳-۹: شکل شماتیک از دستگاه بازتابی پخشی……………….۵۱

شکل ۴-۱: طیف XRD ساختارهای پروسکایتی ؛

الف) CH۳NH۳PbCl۳ ب) CH۳NH۳PbBr۳ ج) CH۳NH۳PbI۳………..۵۴

شکل۴-۲: طیف جذبی ساختارهای پروسکایتی

الف) CH۳NH۳PbCl۳ ب) CH۳NH۳PbBr۳ ج) CH۳NH۳PbI۳………..۵۵

شکل ۴-۳: طیف بازتابشی انتشاری ساختارهای پروسکایتی الف) CH۳NH۳PbCl۳

ب) CH۳NH۳PbBr۳ ج) CH۳NH۳PbI۳……………………………….۵۶

شکل ۴-۴: منحنی تغییرات (αhν)۲ بر حسب انرژی فوتون فرودی (hν) در ساختارهای پروسکایتی

الف) CH۳NH۳PbCl۳ ، ب) CH۳NH۳PbBr۳ ج) H۳NH۳PbI۳…………………..۵۷

شکل ۴-۵: نمودارطیف فوتولومینسانسPL ساختارهای پروسکایتی

الف) CH۳NH۳PbCl۳ ب) CH۳NH۳PbBr۳ ج) CH۳NH۳PbI۳……………۵۸

شکل ۴-۶: نمودار DRS پودر و قرص‌های پروسکایت CH۳NH۳PbBr۳ در فشارهای مختلف و تعیین گاف انرژی آن‌ها………۵۹

شکل ۴-۷: نمودار طیف فوتولومینسانس پروسکایت CH۳NH۳PbCl۳ بر حسب طول موج در فشارهای مختلف…….۵۹

شکل ۴-۸: الف) طیف فوتولومینسانس ساختار پروسکایتی CH۳NH۳PbBr۳ تحت فشارهای مختلف و

ب) منحنی تغییرات شدت طیف فوتولومینسانس (بر حسب الکترون ولت) به صورت تابعی از فشار…………….۶۱

شکل ۴-۹: طیف بازتابی انتشاری ساختار پروسکایتی CH۳NH۳PbBr۳ تحت فشارهای مختلف………….۶۲

شکل ۴-۱۰: طیف فوتولومینسانس ساختار پروسکایتی CH۳NH۳PbI۳ تحت فشارهای مختلف…………..۶۳

شکل ۴-۱۱: طیف بازتابی انتشاری ساختار پروسکایتی CH۳NH۳PbI۳ تحت فشارهای مختلف………….۶۴

ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

۱-۱- مقدمه

در این فصل ابتدا تاریخچه­ای از ساختارهای پروسکایتی را آورده و سپس مطالبی را درباره­ی مواد هیبریدی آلی-معدنی و ساختارکریستالی ترکیبات پروسکایتی ذکر می­کنیم. در ادامه ساختارهای سه ‌بعدی و فرمول کلی آن‌‌ها و خواص ساختارهای سه ‌بعدی مانند جذب، نورزایی و گاف انرژی آن‌ها را مطرح می‌کنیم. همچنین چگونگی تشکیل پروسکایت‌های کریستالی دو بعدی و انواع آن‌‌‌ها را مورد بررسی قرار می­دهیم. علاوه بر این، خصوصیات نوری و ویژگی‌های الکترونیکی پروسکایت‌های دو بعدی را معرفی خواهیم کرد. در ادامه گاف انرژی پروسکایت‌ها و عوامل موثر بر آن و گاف‌های مستقیم و غیرمستقیم را مطرح می‌کنیم.

۲-۱- پروسکایت هیبریدی آلی- معدنی

نام پروسکایت برگرفته شده از نام نوعی کانی به نام تیتانات کلسیم (CaTiO۳) می‌باشد که اولین بار توسط یک معدن شناس آلمانی به نام گوستاو رز۱ در سال ۱۸۳۹ در معادن روسیه کشف شد. او این ماده معدنی را به افتخار یک معدن شناس روسی، به نام لئو آلکسویچ وان پروسکی۲، پروسکایت نامید.

۱-۲-۱- ساختارهای سه بعدی آلی -معدنی

به طور کلی مواد نورزا با توجه به ترکیبات شیمیایی آن‌ها می­توانند به صورت آلی، معدنی و هیبریدی آلی-معدنی دسته‌بندی شوند. تنوع و تطبیق‌پذیری پروسکایت­ها باعث می­شوند که این ساختارها بتوانند ساختارهای چند بعدی با فرمول شیمیایی مختلف و با استفاده از ترکیب­های مختلف و از اجزای متفاوت بسازند. ساختارهای سه ‌بعدی پروسکایتی، دارای فرمول کلیAMX۳ هستند، که در آن‌ها A کاتیون تک ظرفیتی و عموما Li, Na, K, Rb, Cs و یا کاتیون آمینی آلی با اندازه مناسب و M بیانگر فلزات دو ظرفیتی جدول تناوبی مانند (Cu۲+، Ni۲+، Co۲+، Fe۲+، Mn۲+، Pd۲+، Cd۲+، Ge۲+،Sn۲+ ،Pb۲+, Eu۲+) و X از عناصر هالوژنی می‌باشد (میتزی و همکاران، ۲۰۰۱). در شکل ۱-۱ ساختار شماتیک این هیبریدها نشان داده شده است. در پروسکایت‌های هالیدی سرب‌دار، اندازه کاتیون A، تاثیر زیادی روی ثبات و استحکام ساختار پروسکایت‌ها و ابعاد آن و خصوصیات اپتوالکترونیک آن دارد. همان‌طوری که در شکل ۱-۱دیده می‌شود کاتیونA ، فضای بین اکتاهدرا‌ل[۱] را پر می‌کند.

۱ Gustav Rose.

۲ Lev Alekseevich Von Peroski.

[۱] Octahedral.

ساختار پروسکایتی آلی-معدنی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی

 

  راهنمای خرید:
  • در موقع پرداخت حتما تکمیل خرید را بزنید تا خرید کامل شود.
  • لینک دانلود پس از پرداخت نمایش داده شده و به ایمیلتان نیز ارسال میشود.
  • ایمیل خود را به دقت وارد نمایید. راهنمای خرید تصویری
  • ممکن است ایمیل ارسالی به پوشه اسپم یا Bulk ایمیل شما ارسال شده باشد.
  • در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.
  • 09036301645
  • آیدی ما در تلگرام  (fbsep7@)  جهت ارتباط
  • فایل دانلود شده را با برنامه winrar از حالت zip خارج نمایید .