پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی word – مهندس امیرمسعود شکری
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 96
نوع فایل : word – ورد
حجم فایل :
تعداد صفحات : 88
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.
چكيده:
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 CH3NH3PbX3 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 CH3NH3PbCl3 ،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 CH3NH3PbBr3 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 CH3NH3PbI3 ، 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
کليد واژهها: پروسکایت هیبریدی آلی-معدنی، گاف انرژی و نورزایی
فهرست مطالب
شماره و عنوان مطالب | صفحه |
فصل اول: کليات پژوهش
1-1- مقدمه ……………………………………………………….2
2-1- پروسکایت هیبریدی آلی –معدنی ………………………….2
1-2-1- ساختارهای سه بعدی آلی –معدنی ………………………2
2-2-1- خواص ساختارهای سه بعدی ……………………………6
3-2-1- ساختارهای دو بعدی …………………………………….7
4-2-1- خواص ساختارهای دو بعدی …………………………..9
3-1- گاف انرژی و عوامل موثر بر گاف انرژی ……………..12
1-3-1- نیمرسانای گاف انرژی مستقیم ………………………..13
2-3-1- نیمرسانای گاف انرژی غیرمستقیم ……………………14
پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی
فصل دوم: مبانی نظری پژوهش
1-2- مقدمه …………………………………………….16
2-2- روشهای مختلف سنتز و ساخت لایه نازک ساختارهای پروسکایتی………….17
3-2- مروری برکاربردهای ساختارهای پروسکایتی ……………21
1-3-2 سلولهای خورشیدی ………………………………………21
2-3-2- دیودهای نور گسیل (LED) ……………………………..26
4-2- مروری برتحقیقات انجام شده برگاف انرژی ساختارهای پروسکایتی …………………….28
1-4-2-تغییر باند گاف نوری مستقیم به غیرمستقیم در فیلمهای پروسکایتیCH3NH3PbI3 با تغییر مقدار ماده آلی….28
2-4-2- اثر فشار بر انتقال باند گاف غیرمستقیم به مستقیم در پروسکایتها MAPI ………………….34
3-4-2- خاصیت باند گاف مستقیم و غیرمستقیم در پروسکایت یدیدسربمتیلامینیوم ………….37
4-4-2- تنظیم باند گاف MoS2 دو لایه و تک لایه در اثر کشش …………………37
فصل سوم: مواد و روش پژوهش
3-1- مقدمه ………………………42
3-2- روش سنتز ساختار پروسکایتی………………..42
3-3- ساخت قالب جهت تهیه قرص و اعمال فشار برآن……………..44
3-4- روشهای مشخصه یابی……………………………….45
1-4-3- پراش پرتو ایکس XRD)) …………………………..46
3-4-2- طیف سنجی جذبی فرابنفش -مرئی…………………47
3-4-3- طیف سنجی فوتولومینسانس………………………..49
4-4-3- طیف سنجی بازتابی پخشی ……………………….51
پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی
فصل چهارم: تحقیقات انجام شده و یافتههای پژوهش
4-1- مقدمه …………………………………………………..53
4-2- بررسی اثر نوع هالوژن بر تغییر گاف انرژی در ساختارهای پروسکایتی…………53
4-3- بررسی اثر فشار در ساختار پروسکایتیCH3NH3PbCl3 ……………..58
4-4- بررسی اثر فشار در ساختار پروسکایتی CH3NH3PbBr3 ……………60
5-4- بررسی اثر فشار در ساختار پروسکایتی CH3NH3PbI3 …………….63
پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی
فصل پنجم: نتیجهگیری و بحث
1-5- مقدمه………………………….66
2-5- نتایج…………………………..66
3-5- در نهایت پیشنهاداتی در راستای ادامه این پایاننامه اراه میگردد…………….67
فهرست منابع و مآخذ…………………………68
فهرست جدولها
شماره و عنوان جدول | صفحه |
جدول1–1: سیستمهای کریستالی و دمای گذار فازهای پروسکایت CH3NH3PbX3 ……………….5
جدول2-1: تعدادی از فیلمهایMAPbI3 ………………………………………30
جدول2-2 : باند گاف نوری فیلمهای MAPbI3 …………………………33
فهرست شکلها
شماره و عنوان شکل | صفحه |
شکل 1-1: ساختار اساسی پروسکایت سه بعدی و توسعه ساختار شبکه با اتصال اکتاهدرال در گوشهها………3
شکل 1-2: نتایج تجربی طیف جذبی فیلمهای پروسکایتی با هالوژن های مختلف برحسب طول موج …………7
شکل1-3: پروسکایت لایهای دوبعدی با الف) تک کاتیون آمینیوم آلی ب) دو کاتیون آمینیوم آلی …….8
شکل1-4: طرح پروسکایت هالیدی سربدار دو بعدی (R-NH3)2MX4 ……..9
شکل1-5: طرح ساختار الکترونیکی پروسکایتهای لایهای دو بعدی…………..10
شکل 1-6: الف) طیف فوتولومینسانس هیبریدهای (C4H9NH3)2MI4 با M= Ge, Sn, Pb وnm9/457= exλ
ب) طیف جذب فیلم نازک هیبریدهای (C4H9NH3)2PbX4 با X= Cl, Br, I …………………….12
شکل 1-7: ساختار نوار انرژی رسانا و نیمرسانا و نارسانا ………………………….13
شکل1-8: الف) گاف انرژی مستقیم و ب) غیرمستقیم نیمرسانا ………………………14
شکل 2-1: 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………………….17
شکل 2-2: طرح تبخیر حرارتی تک چشمهای……………20
شکل2-3: طرح سلول خورشیدی ………………………..23
شکل 2-4: طیف امواج الکترومغناطیسی خورشید …………………24
شکل 2-5: 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 ……..27
شکل 2-6: الف) ساختار لایههای مختلف قطعه نورتاب، ب) طیف الکترولومینسانس قطعه نورتاب با هالوژنهای مختلف
a: کلر، b: برم و c: ید ………………………..28
شکل 2-7: طرح پراش پرتوهای x از فیلمهای MAPbI3 ……………………31
شکل 2-8 : تصاویر SEM و عکس فیلمهای MAPbI3 ………………….31
شکل2-9: طیف جذب فرابنفش-مرئی فیلمهای MAPbI3 ……………….32
شکل2-10: طیف جذب و فوتولومینسانس MAPI با اعمال فشارهای مختلف …………….36
شکل 2-11: تغییر طیف رامان برای ساختار تک لایه MoS2 …….39
شکل 2-12:a) شدت طیف PL مولیبیدینیومدیسولفید تحت کشش بر حسب انرژی
b) شدت طیفPL مولیبیدینیومدیسولفید دو لایه تحت کشش بر حسب انرژی ………………….40
شکل 3-1: انواع هیبریدهای سنتز شده ؛ الف) CH3NH3PbBr3 ب) CH3NH3PbCl3
ج) CH3NH3PbI3…………………………43
شکل 3-2: قطعات قالب ساخته شده برای تولید قرص و اعمال فشار برآن………………………44
شکل 3-3: دستگاه پرس هیدرولیکی روغنی برای اعمال فشار بر قرصها………………45
شکل3-4: قرصهای تولید شده در فشارهای مختلف……………………………..45
شکل 3-5: شکل شماتیک از دستگاه XRD………………………………47
شکل3-6: شکل شماتیک از دستگاه طیف سنج جذبی فرابنفش-مرئی…………………………….49
شکل 3-7: شمایی ازطیف سنجی فوتولومینسانس……………………………50
شکل 3-8: طرحی از چیدمان بکار گرفته شده جهت اندازهگیری فوتولومینسانس برای نمونه CH3NH3PbI3………………..50
شکل 3-9: شکل شماتیک از دستگاه بازتابی پخشی……………….51
شکل 4-1: طیف XRD ساختارهای پروسکایتی ؛
الف) CH3NH3PbCl3 ب) CH3NH3PbBr3 ج) CH3NH3PbI3………..54
شکل4-2: طیف جذبی ساختارهای پروسکایتی
الف) CH3NH3PbCl3 ب) CH3NH3PbBr3 ج) CH3NH3PbI3………..55
شکل 4-3: طیف بازتابشی انتشاری ساختارهای پروسکایتی الف) CH3NH3PbCl3
ب) CH3NH3PbBr3 ج) CH3NH3PbI3……………………………….56
شکل 4-4: منحنی تغییرات (αhν)2 بر حسب انرژی فوتون فرودی (hν) در ساختارهای پروسکایتی
الف) CH3NH3PbCl3 ، ب) CH3NH3PbBr3 ج) H3NH3PbI3…………………..57
شکل 4-5: نمودارطیف فوتولومینسانسPL ساختارهای پروسکایتی
الف) CH3NH3PbCl3 ب) CH3NH3PbBr3 ج) CH3NH3PbI3……………58
شکل 4-6: نمودار DRS پودر و قرصهای پروسکایت CH3NH3PbBr3 در فشارهای مختلف و تعیین گاف انرژی آنها………59
شکل 4-7: نمودار طیف فوتولومینسانس پروسکایت CH3NH3PbCl3 بر حسب طول موج در فشارهای مختلف…….59
شکل 4-8: الف) طیف فوتولومینسانس ساختار پروسکایتی CH3NH3PbBr3 تحت فشارهای مختلف و
ب) منحنی تغییرات شدت طیف فوتولومینسانس (بر حسب الکترون ولت) به صورت تابعی از فشار…………….61
شکل 4-9: طیف بازتابی انتشاری ساختار پروسکایتی CH3NH3PbBr3 تحت فشارهای مختلف………….62
شکل 4-10: طیف فوتولومینسانس ساختار پروسکایتی CH3NH3PbI3 تحت فشارهای مختلف…………..63
شکل 4-11: طیف بازتابی انتشاری ساختار پروسکایتی CH3NH3PbI3 تحت فشارهای مختلف………….64
ساختار پروسکایتی آلی-معدنی
پایان نامه مطالعه تنظیم گاف انرژی ساختار پروسکایتی آلی-معدنی
1-1- 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.
2-1- پروسکایت هیبریدی آلی- معدنی
نام پروسکایت برگرفته شده از نام نوعی کانی به نام تیتانات کلسیم (CaTiO3) میباشد که اولین بار توسط یک معدن شناس آلمانی به نام گوستاو رز1 در سال 1839 در معادن روسیه کشف شد. او این ماده معدنی را به افتخار یک معدن شناس روسی، به نام لئو آلکسویچ وان پروسکی2، پروسکایت نامید.
1-2-1- 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 کلیAMX3 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 (Cu2+، Ni2+، Co2+، Fe2+، Mn2+، Pd2+، Cd2+، Ge2+،Sn2+ ،Pb2+, Eu2+) و X از عناصر هالوژنی میباشد (میتزی و همکاران، 2001). در شکل 1-1 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 1-1دیده میشود کاتیونA ، فضای بین اکتاهدرال[1] را پر میکند.
1 Gustav Rose.
2 Lev Alekseevich Von Peroski.
[1] 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
- 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
- از طریق واتس آپ پیگیری نمایید.
- فایل دانلود شده را با برنامه winrar از حالت zip خارج نمایید .