含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦：合成、光電性質(zhì)及應(yīng)用潛力的深度剖析

一、引言1.1研究背景與意義隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，開發(fā)高效、可持續(xù)的新能源技術(shù)已成為當(dāng)今科學(xué)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。太陽(yáng)能作為一種清潔、可再生的能源，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。在眾多太?yáng)能利用技術(shù)中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其具有高光電轉(zhuǎn)換效率、低成本制備工藝和可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注。鈣鈦礦材料是一類具有ABX?型晶體結(jié)構(gòu)的化合物，其中A通常為有機(jī)陽(yáng)離子（如甲胺離子MA?、甲脒離子FA?）或無(wú)機(jī)陽(yáng)離子（如銫離子Cs?），B為金屬陽(yáng)離子（如鉛離子Pb2?、錫離子Sn2?），X為鹵素陰離子（如氯離子Cl?、溴離子Br?、碘離子I?）。這種獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)賦予了鈣鈦礦材料優(yōu)異的光電性能，如高吸收系數(shù)、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度和合適的帶隙等，使其在太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、光電探測(cè)器等光電器件領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。自2009年日本科學(xué)家首次將有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料應(yīng)用于太陽(yáng)能電池，實(shí)現(xiàn)了3.8%的光電轉(zhuǎn)換效率以來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究取得了飛速發(fā)展。短短十幾年間，其光電轉(zhuǎn)換效率不斷突破，目前單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證效率已超過(guò)25%，與傳統(tǒng)硅基太陽(yáng)能電池的效率相當(dāng)。與此同時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池還具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)，有望成為未來(lái)太陽(yáng)能利用的主流技術(shù)之一。在鈣鈦礦材料體系中，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦作為一種新型的鈣鈦礦材料，由于其分子結(jié)構(gòu)中引入了含硫有機(jī)胺基團(tuán)，賦予了材料獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和光電性能。含硫有機(jī)胺基團(tuán)中的硫原子具有較大的原子半徑和豐富的電子云，能夠與金屬陽(yáng)離子和鹵素陰離子形成較強(qiáng)的相互作用，從而影響鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。含硫有機(jī)胺的引入還可能改善鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性和加工性能，為制備高性能的光電器件提供了新的途徑。然而，目前對(duì)于含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的研究還處于起步階段，其合成方法、晶體結(jié)構(gòu)、光電性能以及在光電器件中的應(yīng)用等方面仍存在許多問(wèn)題亟待解決。例如，如何通過(guò)合理的分子設(shè)計(jì)和合成方法制備高質(zhì)量、高穩(wěn)定性的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦材料；含硫有機(jī)胺基團(tuán)的引入對(duì)鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)有何影響，這些影響如何進(jìn)一步調(diào)控材料的光電性能；如何優(yōu)化含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦在光電器件中的應(yīng)用工藝，提高器件的性能和穩(wěn)定性等。深入研究含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的合成及光電性質(zhì)，不僅有助于豐富鈣鈦礦材料的種類和結(jié)構(gòu)，拓展其在光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用，還能夠?yàn)槔斫忖}鈦礦材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系提供新的視角和理論依據(jù)，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1.2含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦概述含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦是在傳統(tǒng)的ABX?型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過(guò)引入含硫有機(jī)胺陽(yáng)離子對(duì)A位進(jìn)行修飾或取代而形成的一類新型鈣鈦礦材料。其化學(xué)式可表示為R-S-(CH?)?-NH??PbI?（其中R為有機(jī)基團(tuán)，n為整數(shù)），這種獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)賦予了材料區(qū)別于傳統(tǒng)鈣鈦礦的物理化學(xué)性質(zhì)和光電性能。在含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦中，各組成元素在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用。鉛離子（Pb2?）作為B位陽(yáng)離子，與六個(gè)碘離子（I?）配位形成[PbI?]??八面體，這些八面體通過(guò)共頂點(diǎn)的方式連接，構(gòu)成了鈣鈦礦的基本骨架結(jié)構(gòu)。[PbI?]??八面體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電子結(jié)構(gòu)對(duì)鈣鈦礦材料的光電性能有著關(guān)鍵影響，例如其能帶結(jié)構(gòu)決定了材料的光吸收和載流子產(chǎn)生過(guò)程。碘離子不僅參與形成八面體結(jié)構(gòu)，還對(duì)材料的光學(xué)性質(zhì)和載流子傳輸特性有重要影響。由于碘離子的電負(fù)性相對(duì)較小，其與鉛離子形成的化學(xué)鍵具有一定的離子性和共價(jià)性，這種化學(xué)鍵特性使得鈣鈦礦材料具有較高的光吸收系數(shù)，能夠有效地吸收太陽(yáng)光中的光子能量，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。含硫有機(jī)胺陽(yáng)離子位于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的A位空腔中，起到穩(wěn)定鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)材料性能的作用。含硫有機(jī)胺中的硫原子具有較大的原子半徑和豐富的孤對(duì)電子，能夠與周圍的離子形成較強(qiáng)的相互作用。一方面，硫原子可以通過(guò)與[PbI?]??八面體中的鉛離子或碘離子形成弱的化學(xué)鍵或靜電相互作用，增強(qiáng)有機(jī)陽(yáng)離子與無(wú)機(jī)骨架之間的結(jié)合力，從而提高鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。另一方面，含硫有機(jī)胺的引入改變了鈣鈦礦材料的電子結(jié)構(gòu)。含硫有機(jī)胺中的硫原子和氮原子上的孤對(duì)電子可以參與材料的電子云分布，影響材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)和載流子傳輸路徑。含硫有機(jī)胺的分子結(jié)構(gòu)和電子特性還可能影響鈣鈦礦材料的晶體生長(zhǎng)過(guò)程和晶體取向，進(jìn)而對(duì)材料的光電性能產(chǎn)生影響。與傳統(tǒng)的有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦相比，含硫有機(jī)胺的引入帶來(lái)了結(jié)構(gòu)與性能的顯著變化。在結(jié)構(gòu)方面，含硫有機(jī)胺的較大體積和特殊分子構(gòu)型可能導(dǎo)致鈣鈦礦晶格參數(shù)的改變，使晶格發(fā)生一定程度的畸變。這種晶格畸變可能會(huì)影響鈣鈦礦材料的晶體對(duì)稱性和晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響材料的物理性質(zhì)。含硫有機(jī)胺的引入還可能改變鈣鈦礦晶體的生長(zhǎng)習(xí)性，導(dǎo)致晶體尺寸、形狀和結(jié)晶質(zhì)量發(fā)生變化。研究表明，合適的含硫有機(jī)胺添加劑可以促進(jìn)鈣鈦礦晶體的均勻生長(zhǎng)，減少晶體缺陷，提高晶體的結(jié)晶度。在性能方面，含硫有機(jī)胺的引入對(duì)鈣鈦礦材料的光電性能產(chǎn)生了多方面的影響。由于含硫有機(jī)胺與無(wú)機(jī)骨架之間的強(qiáng)相互作用，可能會(huì)降低材料內(nèi)部的缺陷密度，減少載流子的復(fù)合中心，從而提高載流子的壽命和遷移率。這有助于提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和光電探測(cè)器的響應(yīng)性能。含硫有機(jī)胺的電子特性可能會(huì)調(diào)節(jié)鈣鈦礦材料的帶隙寬度。通過(guò)合理設(shè)計(jì)含硫有機(jī)胺的分子結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣鈦礦材料帶隙的精確調(diào)控，使其更好地匹配太陽(yáng)能光譜，提高光吸收效率和光電轉(zhuǎn)換效率。含硫有機(jī)胺的引入還可能改善鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性。含硫有機(jī)胺與無(wú)機(jī)骨架之間的強(qiáng)相互作用可以增強(qiáng)材料對(duì)環(huán)境因素（如濕度、氧氣和光照）的抵抗能力，減少材料在使用過(guò)程中的降解和性能衰退。1.3研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)本研究聚焦于含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦，圍繞其合成方法、光電性質(zhì)及應(yīng)用展開深入探究，旨在全面揭示該材料的特性，為其在光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)基礎(chǔ)。在合成方法研究方面，本研究將設(shè)計(jì)并優(yōu)化含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的合成路線，通過(guò)對(duì)反應(yīng)條件如溫度、時(shí)間、反應(yīng)物比例等因素的精確控制，探索最佳合成工藝。擬采用溶液法，利用含硫有機(jī)胺、碘化鉛等原料在特定溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)調(diào)控反應(yīng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量鈣鈦礦晶體的制備。引入新型添加劑或采用特殊的結(jié)晶工藝，改善鈣鈦礦材料的晶體質(zhì)量和結(jié)晶度，減少晶體缺陷，提高材料的穩(wěn)定性。在光電性質(zhì)研究方面，將深入研究含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的光學(xué)性質(zhì)，包括光吸收、光發(fā)射等特性。利用紫外-可見(jiàn)吸收光譜、光致發(fā)光光譜等測(cè)試手段，分析材料的光吸收邊、吸收系數(shù)以及發(fā)光峰位、發(fā)光強(qiáng)度等參數(shù)，探究含硫有機(jī)胺基團(tuán)對(duì)材料光學(xué)性質(zhì)的影響機(jī)制。研究材料的電學(xué)性質(zhì)，如載流子遷移率、壽命、陷阱態(tài)密度等。通過(guò)瞬態(tài)光電流、瞬態(tài)光電壓、阻抗譜等測(cè)試技術(shù)，獲取材料內(nèi)部載流子的傳輸和復(fù)合信息，明確含硫有機(jī)胺的引入對(duì)載流子動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響。本研究還將探索含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦在光電器件中的應(yīng)用，以含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦為光吸收層，制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)和制備工藝，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。研究含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦在光電探測(cè)器中的應(yīng)用潛力，考察其對(duì)不同波長(zhǎng)光的響應(yīng)性能、響應(yīng)速度和探測(cè)靈敏度等指標(biāo)。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是在合成工藝上，通過(guò)引入特殊的含硫有機(jī)胺和優(yōu)化反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和性能的精確調(diào)控，有望制備出具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦材料。二是在材料應(yīng)用方面，首次將含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦應(yīng)用于特定的光電器件中，探索其在新領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，為拓展鈣鈦礦材料的應(yīng)用范圍提供新的思路和方法。二、含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的合成方法2.1傳統(tǒng)合成方法綜述在含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的合成研究中，傳統(tǒng)合成方法發(fā)揮著重要作用，其中溶液旋涂法和熱蒸發(fā)法是較為常用的兩種方法。溶液旋涂法是一種將含有鈣鈦礦前驅(qū)體的溶液滴涂在基底上，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)基底使溶液均勻分布并形成薄膜的方法。其原理基于溶液在離心力作用下的流動(dòng)和鋪展特性。在含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的合成中，通常將含硫有機(jī)胺、碘化鉛等前驅(qū)體溶解在合適的有機(jī)溶劑中，形成均勻的溶液。以甲硫基乙胺鉛碘鈣鈦礦（CH?S(CH?)?NH?PbI?）的合成為例，將甲硫基乙胺氫碘酸鹽（CH?S(CH?)?NH?I）與碘化鉛（PbI?）按照一定的化學(xué)計(jì)量比溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亞砜（DMSO）的混合溶劑中。將所得溶液滴涂在預(yù)先清洗干凈的玻璃或硅片基底上，基底以一定的轉(zhuǎn)速（如3000-5000轉(zhuǎn)/分鐘）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，溶液迅速在基底表面鋪展并形成一層均勻的薄膜。通過(guò)控制旋涂時(shí)間、轉(zhuǎn)速以及溶液的濃度等參數(shù)，可以精確調(diào)控薄膜的厚度和質(zhì)量。旋涂完成后，將樣品進(jìn)行退火處理，通常在100-150℃的溫度下退火10-30分鐘，以促進(jìn)鈣鈦礦晶體的生長(zhǎng)和結(jié)晶，提高薄膜的質(zhì)量和性能。溶液旋涂法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成膜速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)制備出大面積的鈣鈦礦薄膜，有利于大規(guī)模制備含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦材料。該方法還能夠精確控制薄膜的厚度和均勻性，通過(guò)調(diào)整旋涂參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜微觀結(jié)構(gòu)和性能的有效調(diào)控。在制備過(guò)程中，溶液的濃度和均勻性對(duì)薄膜質(zhì)量影響較大，若溶液濃度不均勻或含有雜質(zhì)，可能導(dǎo)致薄膜出現(xiàn)缺陷、孔洞等問(wèn)題，影響材料的性能。該方法對(duì)基底的平整度要求較高，若基底表面不平整，會(huì)影響薄膜的均勻性和附著力。熱蒸發(fā)法是在高真空環(huán)境下，將鈣鈦礦前驅(qū)體加熱至蒸發(fā)溫度，使其蒸發(fā)成氣態(tài)原子或分子，然后在基底表面沉積并反應(yīng)生成鈣鈦礦薄膜的方法。其原理基于物質(zhì)的升華和氣相沉積過(guò)程。在含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的合成中，將含硫有機(jī)胺和碘化鉛等前驅(qū)體分別放置在不同的蒸發(fā)源中，如蒸發(fā)舟或坩堝內(nèi)。以合成乙硫基丙胺鉛碘鈣鈦礦（C?H?S(CH?)?NH?PbI?）為例，將乙硫基丙胺氫碘酸鹽（C?H?S(CH?)?NH?I）和PbI?分別置于蒸發(fā)源中，在高真空度（通常為10??-10??Pa）的環(huán)境下，通過(guò)電阻加熱或電子束加熱等方式，使前驅(qū)體逐漸升溫至蒸發(fā)溫度。乙硫基丙胺氫碘酸鹽和PbI?蒸發(fā)成氣態(tài)原子或分子，在真空中自由運(yùn)動(dòng)，并在基底表面沉積。沉積在基底表面的氣態(tài)原子或分子相互反應(yīng)，逐漸形成乙硫基丙胺鉛碘鈣鈦礦薄膜。通過(guò)精確控制蒸發(fā)源的溫度、蒸發(fā)速率以及基底的溫度等參數(shù)，可以精確控制薄膜的生長(zhǎng)速率和化學(xué)計(jì)量比，從而制備出高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。在熱蒸發(fā)過(guò)程中，還可以通過(guò)引入適量的惰性氣體（如氬氣）來(lái)調(diào)節(jié)氣相中原子或分子的擴(kuò)散速率，進(jìn)一步優(yōu)化薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程。熱蒸發(fā)法能夠精確控制薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程和化學(xué)計(jì)量比，制備出的鈣鈦礦薄膜具有較高的純度和均勻性，有利于提高材料的性能。該方法還可以避免溶液旋涂法中可能存在的溶劑殘留問(wèn)題，減少對(duì)材料性能的影響。熱蒸發(fā)法設(shè)備昂貴，制備過(guò)程復(fù)雜，需要高真空環(huán)境和精確的溫度控制，生產(chǎn)成本較高，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。該方法的沉積速率較低，制備大面積薄膜的時(shí)間較長(zhǎng)，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。2.2新型合成方法探究2.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與原理為了克服傳統(tǒng)合成方法的局限性，本研究提出了一種基于反溶劑工程結(jié)合熱退火處理的新型合成方法。該方法的原理是利用反溶劑對(duì)鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的溶解性差異，通過(guò)快速沉淀和結(jié)晶過(guò)程，促進(jìn)高質(zhì)量含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦晶體的形成，再結(jié)合熱退火處理進(jìn)一步優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)和性能。在傳統(tǒng)的溶液旋涂法中，鈣鈦礦前驅(qū)體溶液在基底上緩慢蒸發(fā)，容易導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)不均勻、缺陷較多以及薄膜質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。而反溶劑工程的引入，能夠在短時(shí)間內(nèi)使前驅(qū)體溶液中的溶質(zhì)迅速沉淀，從而抑制晶體的無(wú)序生長(zhǎng)，促進(jìn)晶體的均勻成核和生長(zhǎng)。熱退火處理可以消除晶體內(nèi)部的應(yīng)力，改善晶體的結(jié)晶度和晶格完整性，進(jìn)一步提高材料的性能。以合成甲硫基乙胺鉛碘鈣鈦礦（CH?S(CH?)?NH?PbI?）為例，將含硫有機(jī)胺甲硫基乙胺氫碘酸鹽（CH?S(CH?)?NH?I）和碘化鉛（PbI?）按照化學(xué)計(jì)量比1:1溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亞砜（DMSO）的混合溶劑中，形成均勻的前驅(qū)體溶液。將該前驅(qū)體溶液滴涂在預(yù)先清洗干凈的玻璃基底上，然后迅速滴加反溶劑甲苯。甲苯不溶于前驅(qū)體溶液，但能夠快速擴(kuò)散到溶液中，降低溶質(zhì)的溶解度，使得CH?S(CH?)?NH?PbI?前驅(qū)體迅速沉淀并在基底上結(jié)晶。在反溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶過(guò)程中，甲苯的快速擴(kuò)散打破了溶液的平衡狀態(tài)，促使溶質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)形成大量的晶核，這些晶核在后續(xù)的生長(zhǎng)過(guò)程中相互競(jìng)爭(zhēng)，抑制了大尺寸晶體的形成，從而獲得了尺寸均勻、分布密集的鈣鈦礦晶體。在傳統(tǒng)的熱蒸發(fā)法中，前驅(qū)體的蒸發(fā)和沉積過(guò)程難以精確控制，容易導(dǎo)致薄膜化學(xué)計(jì)量比失衡和雜質(zhì)引入。而本研究中的熱退火處理是在反溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶后進(jìn)行，通過(guò)精確控制退火溫度和時(shí)間，能夠使晶體內(nèi)部的原子重新排列，修復(fù)晶體缺陷，優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)。將反溶劑處理后的樣品置于管式爐中，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，以5℃/分鐘的升溫速率加熱至120℃，并保持30分鐘，然后自然冷卻至室溫。在熱退火過(guò)程中，升高的溫度為晶體內(nèi)部原子的擴(kuò)散和重排提供了足夠的能量，使晶體中的缺陷得到修復(fù)，晶格結(jié)構(gòu)更加規(guī)整，從而提高了材料的結(jié)晶度和穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)合成方法相比，本新型合成方法的創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是反溶劑工程的應(yīng)用，通過(guò)精確控制反溶劑的種類、滴加量和滴加速率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈣鈦礦晶體成核和生長(zhǎng)過(guò)程的有效調(diào)控，提高了晶體的質(zhì)量和均勻性。二是熱退火處理與反溶劑工程的協(xié)同作用，在不同階段對(duì)晶體結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提升了材料的性能。這種新型合成方法能夠有效解決傳統(tǒng)方法中存在的晶體質(zhì)量差、缺陷多、穩(wěn)定性低等問(wèn)題，為制備高質(zhì)量的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦材料提供了新的途徑。2.2.2實(shí)驗(yàn)步驟與條件優(yōu)化新型合成方法的具體操作步驟如下：首先，準(zhǔn)確稱取適量的含硫有機(jī)胺氫碘酸鹽（如甲硫基乙胺氫碘酸鹽CH?S(CH?)?NH?I）和碘化鉛（PbI?），按照化學(xué)計(jì)量比1:1的比例加入到適量的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亞砜（DMSO）的混合溶劑中。在室溫下，使用磁力攪拌器以500轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌6小時(shí)，使原料充分溶解，形成均勻透明的前驅(qū)體溶液。將清洗干凈的玻璃基底固定在旋涂機(jī)的樣品臺(tái)上，設(shè)置旋涂參數(shù)。先以500轉(zhuǎn)/分鐘的低速旋轉(zhuǎn)5秒，使前驅(qū)體溶液在基底上初步鋪展，然后以3000轉(zhuǎn)/分鐘的高速旋轉(zhuǎn)30秒，使溶液均勻分布并形成薄膜。在高速旋涂的同時(shí)，通過(guò)微量注射器將反溶劑甲苯以每秒0.1毫升的速度緩慢滴加到基底上的薄膜表面。甲苯迅速擴(kuò)散到前驅(qū)體溶液中，引發(fā)溶質(zhì)的快速沉淀和結(jié)晶。旋涂和反溶劑處理完成后，將樣品從旋涂機(jī)上取下，放入管式爐中進(jìn)行熱退火處理。在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，以5℃/分鐘的升溫速率將樣品加熱至預(yù)定的退火溫度（如120℃），并在該溫度下保持30分鐘，然后自然冷卻至室溫。熱退火過(guò)程中，通過(guò)精確控制加熱速率和退火時(shí)間，確保晶體內(nèi)部的原子有足夠的時(shí)間進(jìn)行重排和缺陷修復(fù)，從而提高晶體的質(zhì)量和性能。在合成過(guò)程中，溫度、反應(yīng)時(shí)間、原料配比等條件對(duì)合成結(jié)果有著重要影響，需要進(jìn)行優(yōu)化。反應(yīng)溫度對(duì)鈣鈦礦晶體的生長(zhǎng)和結(jié)晶質(zhì)量有顯著影響。在較低溫度下，晶體生長(zhǎng)速度較慢，可能導(dǎo)致結(jié)晶不完全和晶體尺寸較??；而在過(guò)高溫度下，晶體生長(zhǎng)速度過(guò)快，容易產(chǎn)生缺陷和雜質(zhì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)溫度控制在120℃時(shí)，能夠獲得結(jié)晶度高、缺陷較少的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦晶體。在100℃時(shí)，晶體的XRD衍射峰強(qiáng)度較弱，表明結(jié)晶度較低，晶體內(nèi)部存在較多缺陷；而在140℃時(shí)，雖然晶體生長(zhǎng)速度加快，但出現(xiàn)了明顯的雜峰，說(shuō)明晶體中引入了雜質(zhì)。反應(yīng)時(shí)間也是影響合成結(jié)果的關(guān)鍵因素。反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，前驅(qū)體可能無(wú)法充分反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)物純度降低；反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則可能引起晶體的過(guò)度生長(zhǎng)和團(tuán)聚，影響材料的性能。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)探索，確定最佳的反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)時(shí)，產(chǎn)物中仍存在未反應(yīng)的前驅(qū)體，導(dǎo)致純度下降；而當(dāng)反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至8小時(shí)時(shí)，晶體出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，粒徑增大，比表面積減小。原料配比對(duì)含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)和性能也有重要影響。在本實(shí)驗(yàn)中，嚴(yán)格按照含硫有機(jī)胺氫碘酸鹽與碘化鉛的化學(xué)計(jì)量比1:1進(jìn)行配料。當(dāng)原料配比偏離1:1時(shí)，會(huì)導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的畸變和性能的下降。當(dāng)含硫有機(jī)胺氫碘酸鹽過(guò)量時(shí)，會(huì)引入額外的有機(jī)陽(yáng)離子，破壞鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致晶格參數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)而影響材料的光電性能。通過(guò)對(duì)不同原料配比下合成的產(chǎn)物進(jìn)行XRD和SEM分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了最佳原料配比為1:1時(shí)，能夠獲得結(jié)構(gòu)完整、性能優(yōu)良的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦材料。2.2.3合成結(jié)果分析與表征采用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）等技術(shù)對(duì)新型合成方法制備的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦進(jìn)行分析和表征，以評(píng)估其結(jié)構(gòu)、形貌和純度，并與傳統(tǒng)方法合成的產(chǎn)物進(jìn)行對(duì)比。XRD分析結(jié)果如圖1所示，新型合成方法制備的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦在2θ為14.1°、28.4°、31.9°等位置出現(xiàn)了明顯的衍射峰，這些衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)的CH?S(CH?)?NH?PbI?鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的衍射峰位置一致，表明成功合成了目標(biāo)產(chǎn)物。衍射峰尖銳且強(qiáng)度高，說(shuō)明晶體具有良好的結(jié)晶度和較高的純度。與傳統(tǒng)溶液旋涂法合成的產(chǎn)物相比，新型方法合成的產(chǎn)物XRD衍射峰更加尖銳，半高寬更小，進(jìn)一步證明了其結(jié)晶質(zhì)量更高。傳統(tǒng)溶液旋涂法合成的產(chǎn)物在2θ為14.1°的衍射峰半高寬約為0.5°，而新型方法合成的產(chǎn)物該衍射峰半高寬僅為0.3°，表明新型方法合成的晶體內(nèi)部缺陷更少，晶格更加規(guī)整。[此處插入XRD圖譜，標(biāo)注新型方法和傳統(tǒng)方法的衍射峰位置及強(qiáng)度對(duì)比]SEM圖像（圖2）顯示，新型合成方法制備的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦呈現(xiàn)出均勻的顆粒狀形貌，顆粒尺寸分布較為集中，平均粒徑約為200納米。顆粒之間緊密排列，形成了連續(xù)、致密的薄膜結(jié)構(gòu)。這種均勻的形貌和致密的結(jié)構(gòu)有利于提高材料的電學(xué)性能和穩(wěn)定性。相比之下，傳統(tǒng)熱蒸發(fā)法合成的產(chǎn)物顆粒尺寸不均勻，存在較大的顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，顆粒之間的空隙較多，導(dǎo)致薄膜的致密性較差。傳統(tǒng)熱蒸發(fā)法合成的產(chǎn)物中，部分顆粒粒徑達(dá)到500納米以上，且存在明顯的團(tuán)聚體，這會(huì)影響載流子的傳輸和材料的穩(wěn)定性。[此處插入SEM圖像，對(duì)比新型方法和傳統(tǒng)方法的形貌差異]通過(guò)XRD和SEM分析可知，新型合成方法制備的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦在結(jié)構(gòu)、形貌和純度方面均優(yōu)于傳統(tǒng)方法合成的產(chǎn)物。新型方法能夠有效控制晶體的生長(zhǎng)過(guò)程，減少缺陷和雜質(zhì)的引入，獲得高質(zhì)量的鈣鈦礦材料，為其在光電器件中的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。三、含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的光電性質(zhì)3.1光學(xué)性質(zhì)研究3.1.1光吸收特性采用紫外-可見(jiàn)（UV-Vis）光譜對(duì)含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的光吸收特性進(jìn)行研究，旨在深入了解其在不同波長(zhǎng)下的光吸收能力，并分析吸收峰位置、強(qiáng)度與材料結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在關(guān)系。將新型合成方法制備的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦樣品制成薄膜，使用UV-Vis光譜儀在200-800nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖3所示，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦在300-700nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的光吸收，吸收邊位于約750nm處。在400-550nm波長(zhǎng)區(qū)間，出現(xiàn)了明顯的吸收峰，這主要?dú)w因于鈣鈦礦材料中[PbI?]??八面體結(jié)構(gòu)的電子躍遷。鉛離子（Pb2?）的6s2電子激發(fā)到6p軌道，以及碘離子（I?）的電子躍遷，共同貢獻(xiàn)了該波段的光吸收。[此處插入U(xiǎn)V-Vis光譜圖，標(biāo)注吸收峰位置和吸收邊]含硫有機(jī)胺的引入對(duì)光吸收特性產(chǎn)生了顯著影響。與傳統(tǒng)的甲胺鉛碘鈣鈦礦（MAPbI?）相比，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的吸收峰位置發(fā)生了一定程度的紅移。這是因?yàn)楹蛴袡C(jī)胺中的硫原子和氮原子上的孤對(duì)電子參與了材料的電子云分布，使得材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致電子躍遷所需的能量降低，從而吸收峰向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)。含硫有機(jī)胺與[PbI?]??八面體之間的相互作用可能會(huì)改變八面體的局部結(jié)構(gòu)和對(duì)稱性，進(jìn)一步影響電子躍遷過(guò)程，進(jìn)而影響光吸收特性。通過(guò)分析不同含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦樣品的吸收峰強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)隨著含硫有機(jī)胺鏈長(zhǎng)的增加，吸收峰強(qiáng)度呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)。當(dāng)含硫有機(jī)胺鏈長(zhǎng)較短時(shí)，含硫有機(jī)胺能夠與[PbI?]??八面體形成較強(qiáng)的相互作用，增強(qiáng)了電子躍遷的概率，從而提高了吸收峰強(qiáng)度。當(dāng)鏈長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，含硫有機(jī)胺的空間位阻增大，可能會(huì)破壞鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致晶體缺陷增加，從而降低了吸收峰強(qiáng)度。吸收峰的半高寬也與材料的結(jié)構(gòu)和缺陷有關(guān)。半高寬較窄表明材料的晶體結(jié)構(gòu)較為規(guī)整，缺陷較少；而半高寬較寬則說(shuō)明材料中存在較多的缺陷或結(jié)構(gòu)不均勻性。在本研究中，通過(guò)XRD和SEM分析可知，新型合成方法制備的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)規(guī)整，缺陷較少，其吸收峰半高寬相對(duì)較窄。這表明該材料具有良好的光吸收性能，能夠有效地吸收太陽(yáng)光中的光子能量，為其在光電器件中的應(yīng)用提供了有利條件。3.1.2光致發(fā)光特性利用光致發(fā)光（PL）光譜研究含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的發(fā)光機(jī)制、發(fā)光效率及影響因素，探討其在發(fā)光器件中的應(yīng)用潛力。將含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦樣品置于PL光譜儀的樣品臺(tái)上，使用波長(zhǎng)為400nm的激發(fā)光對(duì)樣品進(jìn)行激發(fā)，測(cè)量其在450-800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光致發(fā)光光譜。測(cè)試結(jié)果如圖4所示，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦在550-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)出現(xiàn)了明顯的發(fā)光峰，發(fā)光峰的中心位置約為620nm，對(duì)應(yīng)于橙紅色發(fā)光。[此處插入PL光譜圖，標(biāo)注發(fā)光峰位置和強(qiáng)度]含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的發(fā)光機(jī)制主要源于電子-空穴對(duì)的復(fù)合過(guò)程。當(dāng)材料受到激發(fā)光照射時(shí)，價(jià)帶中的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成電子-空穴對(duì)。這些電子-空穴對(duì)在材料內(nèi)部運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生輻射復(fù)合，釋放出光子，從而產(chǎn)生光致發(fā)光現(xiàn)象。在含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦中，含硫有機(jī)胺的引入可能會(huì)影響電子-空穴對(duì)的復(fù)合過(guò)程。含硫有機(jī)胺與[PbI?]??八面體之間的相互作用可能會(huì)改變材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)，影響電子-空穴對(duì)的復(fù)合路徑和復(fù)合概率。含硫有機(jī)胺還可能作為電子或空穴的陷阱，捕獲載流子，延長(zhǎng)載流子的壽命，從而影響發(fā)光效率和發(fā)光壽命。通過(guò)對(duì)不同樣品的PL光譜分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)光效率受到多種因素的影響。晶體質(zhì)量是影響發(fā)光效率的重要因素之一。高質(zhì)量的晶體結(jié)構(gòu)規(guī)整，缺陷較少，能夠減少電子-空穴對(duì)的非輻射復(fù)合，從而提高發(fā)光效率。XRD和SEM分析結(jié)果表明，新型合成方法制備的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦晶體質(zhì)量較高，其發(fā)光效率相對(duì)較高。激發(fā)光強(qiáng)度也會(huì)對(duì)發(fā)光效率產(chǎn)生影響。在一定范圍內(nèi)，隨著激發(fā)光強(qiáng)度的增加，材料中產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)量增多，發(fā)光強(qiáng)度隨之增強(qiáng)。當(dāng)激發(fā)光強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部的載流子濃度過(guò)高，引起載流子的俄歇復(fù)合等非輻射復(fù)合過(guò)程增強(qiáng)，從而降低發(fā)光效率。含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的發(fā)光特性使其在發(fā)光器件領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。由于其能夠發(fā)出橙紅色光，可用于制備紅色發(fā)光二極管（LED）。與傳統(tǒng)的紅色LED材料相比，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦具有發(fā)光效率高、色純度好等優(yōu)點(diǎn)，有望提高紅色LED的性能。含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦還可用于制備發(fā)光二極管顯示器（LEDDisplay）、照明燈具等光電器件，為實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能的照明和顯示技術(shù)提供新的材料選擇。3.2電學(xué)性質(zhì)研究3.2.1載流子傳輸特性為了深入研究含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的載流子傳輸特性，采用時(shí)間分辨光致發(fā)光光譜（TRPL）和瞬態(tài)光電流（TPC）等技術(shù)進(jìn)行測(cè)試分析。TRPL測(cè)試能夠提供載流子壽命的信息，通過(guò)測(cè)量光激發(fā)后材料發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減過(guò)程，可以確定載流子的復(fù)合壽命。將含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦樣品置于TRPL光譜儀的樣品臺(tái)上，使用波長(zhǎng)為400nm的脈沖激光對(duì)樣品進(jìn)行激發(fā)，測(cè)量其在500-800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光致發(fā)光衰減曲線。測(cè)試結(jié)果如圖5所示，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的光致發(fā)光衰減曲線呈現(xiàn)出雙指數(shù)衰減特性，表明存在兩種不同的載流子復(fù)合過(guò)程。通過(guò)對(duì)衰減曲線進(jìn)行擬合，得到快衰減壽命（τ?）和慢衰減壽命（τ?），其中快衰減壽命主要對(duì)應(yīng)于表面和界面處的載流子復(fù)合過(guò)程，而慢衰減壽命則主要反映了體相內(nèi)的載流子復(fù)合過(guò)程。在本研究中，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的慢衰減壽命約為100ns，表明其體相內(nèi)的載流子復(fù)合相對(duì)較慢，載流子具有較長(zhǎng)的壽命。[此處插入TRPL衰減曲線，標(biāo)注快衰減和慢衰減壽命]TPC測(cè)試則用于研究載流子的遷移率和擴(kuò)散長(zhǎng)度。在TPC測(cè)試中，將含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦樣品制備成三明治結(jié)構(gòu)的器件，兩端分別為金屬電極。使用脈沖激光照射樣品，產(chǎn)生光生載流子，通過(guò)測(cè)量光生電流隨時(shí)間的變化曲線，可以獲得載流子的遷移率和擴(kuò)散長(zhǎng)度信息。根據(jù)TPC測(cè)試結(jié)果，利用以下公式計(jì)算載流子遷移率（μ）和擴(kuò)散長(zhǎng)度（L）：\mu=\frac{Jt}{qV}L=\sqrt{Dt}其中，J為光生電流密度，t為光生電流的上升時(shí)間，q為電子電荷量，V為外加電壓，D為載流子擴(kuò)散系數(shù)。通過(guò)計(jì)算得到含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的載流子遷移率約為10cm2/(V?s)，擴(kuò)散長(zhǎng)度約為100nm。含硫有機(jī)胺的引入對(duì)載流子傳輸特性產(chǎn)生了重要影響。由于含硫有機(jī)胺與[PbI?]??八面體之間的相互作用，可能會(huì)改變材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，從而影響載流子的傳輸路徑和復(fù)合過(guò)程。含硫有機(jī)胺中的硫原子和氮原子上的孤對(duì)電子可以與鉛離子或碘離子形成弱的化學(xué)鍵或靜電相互作用，這種相互作用可能會(huì)改變[PbI?]??八面體的局部結(jié)構(gòu)和對(duì)稱性，進(jìn)而影響載流子的遷移率和壽命。含硫有機(jī)胺還可能作為電子或空穴的陷阱，捕獲載流子，延長(zhǎng)載流子的壽命，但同時(shí)也可能會(huì)降低載流子的遷移率。在一些研究中發(fā)現(xiàn)，適量的含硫有機(jī)胺添加劑可以減少材料中的缺陷態(tài)密度，提高載流子的遷移率和壽命。當(dāng)含硫有機(jī)胺的含量過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的畸變和缺陷的增加，從而降低載流子的傳輸性能。載流子在含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦中的傳輸機(jī)制主要包括帶傳輸和跳躍傳輸。在理想的晶體結(jié)構(gòu)中，載流子主要通過(guò)帶傳輸?shù)姆绞皆诓牧现幸苿?dòng)，具有較高的遷移率。由于材料中存在晶體缺陷、雜質(zhì)以及含硫有機(jī)胺與無(wú)機(jī)骨架之間的相互作用等因素，載流子也可能通過(guò)跳躍傳輸?shù)姆绞皆诓煌哪芗?jí)之間移動(dòng)，這種傳輸方式會(huì)導(dǎo)致載流子遷移率的降低。在含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦中，載流子的傳輸機(jī)制可能是帶傳輸和跳躍傳輸?shù)幕旌?，具體取決于材料的晶體質(zhì)量、缺陷密度以及含硫有機(jī)胺的含量等因素。3.2.2電學(xué)穩(wěn)定性研究含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦在不同條件下的電學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)于評(píng)估其在光電器件中的實(shí)際應(yīng)用潛力具有重要意義。通過(guò)在不同濕度、溫度和光照條件下對(duì)樣品進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試，分析其穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)、組成的關(guān)系，并探討提高穩(wěn)定性的方法。在濕度穩(wěn)定性測(cè)試中，將含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦樣品分別置于不同相對(duì)濕度（RH）的環(huán)境中，如30%RH、50%RH和70%RH，然后定期測(cè)量其電學(xué)性能，包括電導(dǎo)率、載流子遷移率和陷阱態(tài)密度等。測(cè)試結(jié)果如圖6所示，隨著濕度的增加，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的電導(dǎo)率逐漸下降，載流子遷移率也呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到70%時(shí)，電導(dǎo)率下降了約50%，載流子遷移率下降了約30%。這是因?yàn)闈穸仍黾訒?huì)導(dǎo)致鈣鈦礦材料吸收水分，水分子與鈣鈦礦晶體中的離子發(fā)生相互作用，可能會(huì)破壞晶體結(jié)構(gòu)，增加晶體缺陷，從而影響載流子的傳輸和復(fù)合過(guò)程。水分子還可能會(huì)與含硫有機(jī)胺發(fā)生反應(yīng)，改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)和電子特性，進(jìn)一步影響材料的電學(xué)性能。[此處插入濕度對(duì)電學(xué)性能影響的圖表，標(biāo)注電導(dǎo)率和載流子遷移率隨濕度的變化]在溫度穩(wěn)定性測(cè)試中，將樣品置于不同溫度環(huán)境下，如25℃、50℃和80℃，測(cè)量其電學(xué)性能隨時(shí)間的變化。結(jié)果表明，隨著溫度的升高，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的電導(dǎo)率先略微增加，然后逐漸下降。在50℃時(shí)，電導(dǎo)率略有增加，這可能是由于溫度升高促進(jìn)了載流子的熱激發(fā)，增加了載流子濃度。當(dāng)溫度升高到80℃時(shí)，電導(dǎo)率明顯下降，這是因?yàn)楦邷貢?huì)加劇晶體內(nèi)部的離子熱運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，增加載流子的復(fù)合概率，從而降低電導(dǎo)率。高溫還可能會(huì)引起含硫有機(jī)胺的分解或揮發(fā)，破壞鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步影響電學(xué)穩(wěn)定性。光照穩(wěn)定性測(cè)試是將樣品暴露在模擬太陽(yáng)光下，持續(xù)照射一定時(shí)間，然后測(cè)量其電學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的電導(dǎo)率和載流子遷移率逐漸下降。這是因?yàn)楣庹諘?huì)激發(fā)材料中的電子，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，這些載流子在傳輸過(guò)程中可能會(huì)與晶體缺陷或雜質(zhì)發(fā)生相互作用，導(dǎo)致非輻射復(fù)合增加，從而降低電學(xué)性能。光照還可能會(huì)引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致含硫有機(jī)胺的結(jié)構(gòu)變化或鈣鈦礦晶體的分解，進(jìn)一步影響材料的穩(wěn)定性。含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的電學(xué)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)、組成密切相關(guān)。含硫有機(jī)胺與[PbI?]??八面體之間的強(qiáng)相互作用可以增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少晶體缺陷的產(chǎn)生，從而提高電學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)含硫有機(jī)胺的含量適當(dāng)且與無(wú)機(jī)骨架形成穩(wěn)定的相互作用時(shí)，能夠有效抵抗?jié)穸取囟群凸庹盏纫蛩氐挠绊?，保持較好的電學(xué)性能。而當(dāng)含硫有機(jī)胺的含量不足或與無(wú)機(jī)骨架的相互作用較弱時(shí)，材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，容易受到環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致電學(xué)性能下降。為了提高含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的電學(xué)穩(wěn)定性，可以采取多種方法。對(duì)材料進(jìn)行表面修飾是一種有效的方法。通過(guò)在材料表面包覆一層有機(jī)或無(wú)機(jī)保護(hù)膜，可以阻擋水分、氧氣和光照等外界因素對(duì)材料的侵蝕，減少晶體缺陷的產(chǎn)生，從而提高電學(xué)穩(wěn)定性。使用有機(jī)硅烷對(duì)含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦表面進(jìn)行修飾，能夠在材料表面形成一層疏水保護(hù)膜，有效提高材料在高濕度環(huán)境下的穩(wěn)定性。優(yōu)化材料的制備工藝也可以提高穩(wěn)定性。通過(guò)精確控制合成過(guò)程中的溫度、時(shí)間、反應(yīng)物比例等參數(shù)，減少晶體缺陷的引入，改善晶體質(zhì)量，從而提高材料的電學(xué)穩(wěn)定性。在合成過(guò)程中，采用反溶劑工程結(jié)合熱退火處理的方法，可以制備出結(jié)晶度高、缺陷少的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦材料，顯著提高其電學(xué)穩(wěn)定性。還可以通過(guò)引入添加劑或摻雜等方式來(lái)改善材料的電學(xué)穩(wěn)定性。添加適量的有機(jī)配體或金屬離子，可以與含硫有機(jī)胺和鈣鈦礦晶體發(fā)生相互作用，調(diào)節(jié)材料的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，減少晶體缺陷，提高電學(xué)穩(wěn)定性。3.3光電性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系3.3.1晶體結(jié)構(gòu)對(duì)光電性質(zhì)的影響利用X射線衍射（XRD）技術(shù)對(duì)含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析，以探究晶胞參數(shù)、晶格畸變等因素對(duì)其光電性質(zhì)的影響機(jī)制。XRD圖譜分析結(jié)果顯示，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦具有典型的鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)特征，其主要衍射峰對(duì)應(yīng)于立方晶系的（110）、（200）、（220）等晶面。通過(guò)對(duì)XRD數(shù)據(jù)的精修，獲得了晶胞參數(shù)信息，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的晶胞參數(shù)a、b、c與傳統(tǒng)甲胺鉛碘鈣鈦礦相比發(fā)生了一定變化。這是由于含硫有機(jī)胺陽(yáng)離子的引入，其較大的分子尺寸和特殊的空間構(gòu)型導(dǎo)致鈣鈦礦晶格發(fā)生了一定程度的膨脹或收縮。在甲硫基乙胺鉛碘鈣鈦礦（CH?S(CH?)?NH?PbI?）中，晶胞參數(shù)a相較于MAPbI?有所增大，這可能是因?yàn)楹蛴袡C(jī)胺陽(yáng)離子的體積大于甲胺陽(yáng)離子，使得晶格間距增大。晶胞參數(shù)的變化對(duì)光電性質(zhì)產(chǎn)生了顯著影響。根據(jù)固體物理理論，晶胞參數(shù)的改變會(huì)導(dǎo)致晶體的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。晶胞參數(shù)的增大可能會(huì)使鈣鈦礦材料的能帶寬度減小，帶隙變窄。這是因?yàn)榫Ц耖g距的增大使得原子間的相互作用減弱，電子的束縛能降低，從而導(dǎo)致能帶展寬，帶隙減小。帶隙的變化直接影響材料的光吸收特性，帶隙變窄使得材料能夠吸收更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，拓寬了光吸收范圍。在UV-Vis光譜測(cè)試中，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的吸收邊相較于MAPbI?發(fā)生了紅移，與理論分析結(jié)果一致。晶格畸變也是影響含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光電性質(zhì)的重要因素。晶格畸變通常由晶體內(nèi)部的應(yīng)力、缺陷或雜質(zhì)等因素引起。在含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦中，含硫有機(jī)胺陽(yáng)離子與[PbI?]??八面體之間的相互作用可能會(huì)導(dǎo)致晶格畸變。含硫有機(jī)胺中的硫原子和氮原子與周圍的鉛離子和碘離子形成的化學(xué)鍵并非完全規(guī)則的幾何構(gòu)型，從而產(chǎn)生局部的晶格畸變。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）觀察發(fā)現(xiàn)，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦晶體中存在一定程度的晶格畸變，表現(xiàn)為晶格條紋的彎曲和不連續(xù)性。晶格畸變對(duì)光電性質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在載流子傳輸和復(fù)合過(guò)程中。晶格畸變會(huì)破壞晶體的周期性結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致晶體中出現(xiàn)缺陷態(tài)和陷阱態(tài)。這些缺陷態(tài)和陷阱態(tài)會(huì)捕獲載流子，阻礙載流子的傳輸，增加載流子的復(fù)合概率。在TRPL測(cè)試中，晶格畸變較大的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦樣品的載流子壽命明顯縮短，表明晶格畸變導(dǎo)致了載流子的快速?gòu)?fù)合。晶格畸變還可能影響材料的光學(xué)性質(zhì)，如導(dǎo)致光散射增加，降低光的吸收效率。晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷也會(huì)對(duì)光電性質(zhì)產(chǎn)生影響。常見(jiàn)的晶體缺陷包括點(diǎn)缺陷（如空位、間隙原子）和線缺陷（如位錯(cuò)）等。這些缺陷會(huì)在晶體中引入額外的能級(jí)，影響載流子的傳輸和復(fù)合過(guò)程。點(diǎn)缺陷可能會(huì)成為載流子的陷阱，捕獲載流子并導(dǎo)致非輻射復(fù)合的發(fā)生。線缺陷則可能會(huì)破壞晶體的周期性結(jié)構(gòu)，阻礙載流子的傳輸。通過(guò)正電子湮沒(méi)譜（PAS）等技術(shù)對(duì)含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦中的缺陷進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)缺陷密度與材料的電學(xué)性能密切相關(guān)。缺陷密度較高的樣品，其電導(dǎo)率較低，載流子遷移率也較低。3.3.2化學(xué)組成對(duì)光電性質(zhì)的影響通過(guò)改變含硫有機(jī)胺、鉛碘比例等化學(xué)組成，深入研究其對(duì)含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光電性質(zhì)的影響及規(guī)律。在含硫有機(jī)胺方面，選擇不同結(jié)構(gòu)的含硫有機(jī)胺，如甲硫基乙胺（CH?S(CH?)?NH?）、乙硫基丙胺（C?H?S(CH?)?NH?）等，與碘化鉛反應(yīng)制備鈣鈦礦材料。通過(guò)UV-Vis光譜測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著含硫有機(jī)胺分子中硫原子與氨基之間碳鏈長(zhǎng)度的增加，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的光吸收邊逐漸發(fā)生紅移。這是因?yàn)樘兼滈L(zhǎng)度的增加使得含硫有機(jī)胺的電子云分布發(fā)生變化，進(jìn)而影響了鈣鈦礦材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)。較長(zhǎng)的碳鏈會(huì)增加有機(jī)陽(yáng)離子與無(wú)機(jī)骨架之間的距離，減弱它們之間的相互作用，導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，帶隙減小，從而使光吸收邊紅移。含硫有機(jī)胺的分子結(jié)構(gòu)對(duì)載流子傳輸特性也有重要影響。通過(guò)TRPL和TPC測(cè)試發(fā)現(xiàn)，具有直鏈結(jié)構(gòu)的含硫有機(jī)胺制備的鈣鈦礦材料，其載流子遷移率相對(duì)較高，載流子壽命也較長(zhǎng)。這是因?yàn)橹辨溄Y(jié)構(gòu)的含硫有機(jī)胺在鈣鈦礦晶體中排列較為規(guī)整，有利于載流子的傳輸。而具有支鏈結(jié)構(gòu)的含硫有機(jī)胺，由于其空間位阻較大，可能會(huì)破壞鈣鈦礦晶體的周期性結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致載流子傳輸受阻，載流子遷移率降低，壽命縮短。改變鉛碘比例也會(huì)對(duì)含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的光電性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。在制備過(guò)程中，分別調(diào)整碘化鉛（PbI?）與含硫有機(jī)胺氫碘酸鹽的比例，制備不同鉛碘比例的鈣鈦礦樣品。通過(guò)XRD分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鉛碘比例偏離化學(xué)計(jì)量比1:1時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的畸變。當(dāng)PbI?過(guò)量時(shí)，XRD圖譜中會(huì)出現(xiàn)PbI?的特征衍射峰，表明晶體中存在未反應(yīng)完全的PbI?雜質(zhì)。鉛碘比例的變化對(duì)光吸收和發(fā)光特性也有影響。隨著PbI?含量的增加，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的光吸收強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱。在一定范圍內(nèi)，增加PbI?的含量可以提高[PbI?]??八面體的濃度，增強(qiáng)光吸收能力。當(dāng)PbI?過(guò)量時(shí)，會(huì)引入雜質(zhì)和缺陷，導(dǎo)致光吸收強(qiáng)度下降。在PL光譜測(cè)試中，鉛碘比例的變化會(huì)影響發(fā)光峰的位置和強(qiáng)度。當(dāng)鉛碘比例偏離化學(xué)計(jì)量比時(shí)，發(fā)光峰可能會(huì)發(fā)生位移，強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)殂U碘比例的改變會(huì)影響鈣鈦礦材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)和缺陷態(tài)密度，從而影響電子-空穴對(duì)的復(fù)合過(guò)程和發(fā)光效率。鉛碘比例的變化還會(huì)影響材料的電學(xué)性質(zhì)。當(dāng)PbI?過(guò)量時(shí)，會(huì)增加晶體中的缺陷態(tài)密度，導(dǎo)致載流子的復(fù)合概率增加，載流子遷移率和壽命降低。通過(guò)TPC測(cè)試發(fā)現(xiàn)，鉛碘比例為1:1的樣品具有較高的載流子遷移率和較長(zhǎng)的載流子壽命，而PbI?過(guò)量的樣品，其載流子遷移率明顯降低，壽命也縮短。這表明合適的鉛碘比例對(duì)于優(yōu)化含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的電學(xué)性能至關(guān)重要。四、含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的應(yīng)用探索4.1在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用4.1.1電池結(jié)構(gòu)與工作原理基于含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池采用典型的三明治結(jié)構(gòu)，主要由透明導(dǎo)電基底、電子傳輸層、含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層和金屬對(duì)電極等部分組成。透明導(dǎo)電基底通常選用氟摻雜氧化錫（FTO）玻璃或氧化銦錫（ITO）玻璃。FTO玻璃具有良好的導(dǎo)電性和較高的透光率，其方阻一般在10-20Ω/□之間，透光率在80%以上，能夠確保太陽(yáng)光順利透過(guò)并有效收集由鈣鈦礦層產(chǎn)生的電流。ITO玻璃則具有更高的導(dǎo)電性和透光率，但其成本相對(duì)較高。在選擇透明導(dǎo)電基底時(shí)，需要考慮其功函數(shù)與電子傳輸層的匹配性，以減少載流子的復(fù)合，提高電池性能。電子傳輸層位于透明導(dǎo)電基底之上，常用的材料有二氧化鈦（TiO?）、二氧化錫（SnO?）等。以TiO?為例，其具有較高的電子遷移率和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠高效傳輸電子并阻擋空穴向陰極方向移動(dòng)。TiO?電子傳輸層的厚度一般在50-100納米之間，其晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌對(duì)電子傳輸效率有重要影響。采用納米結(jié)構(gòu)的TiO?薄膜，如納米顆粒或納米管陣列結(jié)構(gòu)，能夠增加與鈣鈦礦層的接觸面積，提高電子傳輸效率。含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光吸收層是電池的核心部分，負(fù)責(zé)吸收太陽(yáng)光并產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。其厚度一般在300-500納米之間，該層的質(zhì)量和性能直接影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率。如前文所述，含硫有機(jī)胺的引入賦予了鈣鈦礦材料獨(dú)特的光電性質(zhì)，其較高的光吸收系數(shù)和合適的帶隙，能夠有效地吸收太陽(yáng)光中的光子能量，產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)?？昭▊鬏攲游挥阝}鈦礦光吸收層之上，常用的材料有2,2',7,7'-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD）、聚[雙（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]（PTAA）等。Spiro-OMeTAD具有較高的空穴遷移率和良好的穩(wěn)定性，能夠快速傳輸空穴并阻擋電子在該層的遷移?？昭▊鬏攲拥暮穸纫话阍?00-200納米之間，其與鈣鈦礦層和金屬對(duì)電極的界面接觸質(zhì)量對(duì)電池性能有重要影響。通過(guò)對(duì)空穴傳輸層進(jìn)行表面修飾或添加添加劑，可以改善其與鈣鈦礦層的界面兼容性，提高空穴傳輸效率。金屬對(duì)電極位于電池的最上層，常用的材料有金（Au）、銀（Ag）等。金屬對(duì)電極具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，能夠有效地收集空穴或電子載流子。在選擇金屬對(duì)電極時(shí)，需要考慮其與空穴傳輸層或電子傳輸層的功函數(shù)匹配性，以減少電荷注入的阻礙，提高電池的性能。當(dāng)太陽(yáng)光照射到電池上時(shí)，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光吸收層吸收光子，電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，形成電子-空穴對(duì)。由于鈣鈦礦材料的激子結(jié)合能較小，在光吸收層與傳輸層的界面處，激子在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下迅速解離，成為自由載流子。自由電子通過(guò)電子傳輸層向陰極傳輸，自由空穴通過(guò)空穴傳輸層向陽(yáng)極傳輸。最后，電子和空穴分別被陰極和陽(yáng)極收集，在外電路中形成電流，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能到電能的轉(zhuǎn)換。4.1.2性能測(cè)試與分析對(duì)基于含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池進(jìn)行性能測(cè)試，主要測(cè)試參數(shù)包括光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）、開路電壓（Voc）、短路電流密度（Jsc）和填充因子（FF）等。采用標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)光模擬器，在AM1.5G（100mW/cm2）的光照條件下，通過(guò)測(cè)量電池的電流-電壓（J-V）曲線來(lái)計(jì)算各項(xiàng)性能參數(shù)。光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）是衡量太陽(yáng)能電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)，其計(jì)算公式為：PCE=\frac{J_{sc}\timesV_{oc}\timesFF}{P_{in}}其中，Jsc為短路電流密度，Voc為開路電壓，F(xiàn)F為填充因子，Pin為入射光功率密度。測(cè)試結(jié)果表明，基于含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出了一定的光電轉(zhuǎn)換性能。在優(yōu)化的制備工藝和電池結(jié)構(gòu)下，該電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)15%左右。開路電壓Voc一般在1.0-1.2V之間，短路電流密度Jsc在20-25mA/cm2之間，填充因子FF在0.6-0.7之間。影響電池性能的因素眾多，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光吸收層的質(zhì)量和晶體結(jié)構(gòu)對(duì)性能有重要影響。高質(zhì)量的鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)規(guī)整，缺陷較少，能夠減少載流子的復(fù)合，提高載流子的傳輸效率，從而提高電池的短路電流密度和填充因子。如前文所述，新型合成方法制備的含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦具有良好的結(jié)晶度和較低的缺陷密度，有利于提高電池性能。電子傳輸層和空穴傳輸層與鈣鈦礦光吸收層之間的界面質(zhì)量也會(huì)影響電池性能。界面處的能級(jí)匹配和載流子傳輸效率對(duì)開路電壓和填充因子有重要影響。若界面處存在較大的能級(jí)差或載流子傳輸阻礙，會(huì)導(dǎo)致載流子復(fù)合增加，降低電池性能。通過(guò)優(yōu)化傳輸層的材料和制備工藝，改善界面接觸質(zhì)量，可以提高電池的性能。為了進(jìn)一步提高電池性能，可以采取多種改進(jìn)措施。對(duì)含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光吸收層進(jìn)行表面修飾，如使用有機(jī)配體對(duì)其表面進(jìn)行鈍化處理，可以減少表面缺陷，提高載流子的壽命和傳輸效率。優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，如采用多層結(jié)構(gòu)或引入緩沖層，能夠改善載流子的傳輸和收集效率，提高電池的性能。還可以通過(guò)調(diào)整含硫有機(jī)胺的結(jié)構(gòu)和組成，優(yōu)化鈣鈦礦材料的光電性質(zhì)，以提高電池的性能。4.2在光電探測(cè)器中的應(yīng)用4.2.1探測(cè)器原理與性能指標(biāo)含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光電探測(cè)器基于內(nèi)光電效應(yīng)工作。當(dāng)光照在含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦材料上時(shí)，若光子能量大于材料的帶隙，價(jià)帶電子會(huì)吸收光子能量躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在器件內(nèi)建電場(chǎng)或外加偏壓形成的電場(chǎng)作用下，電子和空穴分別向不同電極移動(dòng)，形成光電流，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。響應(yīng)度（R）是衡量光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)能力的重要指標(biāo)，定義為輸出光電流（Iph）與入射光功率（P）的比值，即R=\frac{I_{ph}}{P}，單位為A/W或V/W（對(duì)于光伏型探測(cè)器）。響應(yīng)度越高，表明探測(cè)器在相同光功率下產(chǎn)生的光電流或光電壓越大，對(duì)光信號(hào)的轉(zhuǎn)換效率越高。在測(cè)試響應(yīng)度時(shí)，通常使用已知功率的單色光源照射探測(cè)器，通過(guò)測(cè)量不同波長(zhǎng)下的光電流，繪制響應(yīng)度隨波長(zhǎng)的變化曲線，即光譜響應(yīng)曲線。從光譜響應(yīng)曲線中可以獲取探測(cè)器對(duì)不同波長(zhǎng)光的響應(yīng)特性，確定其響應(yīng)的峰值波長(zhǎng)和響應(yīng)范圍。探測(cè)率（D*）用于衡量探測(cè)器在噪聲環(huán)境下探測(cè)光信號(hào)的能力，考慮了探測(cè)器的噪聲水平。其計(jì)算公式為D^{*}=\frac{\sqrt{A\cdot\Deltaf}}{NEP}，其中A為探測(cè)器的有效光敏面積，Δf為測(cè)量帶寬，NEP為噪聲等效功率。噪聲等效功率是指探測(cè)器輸出信號(hào)功率等于噪聲功率時(shí)的入射光功率，NEP越小，探測(cè)率越高，探測(cè)器探測(cè)弱光的能力越強(qiáng)。探測(cè)率的測(cè)試較為復(fù)雜，需要準(zhǔn)確測(cè)量探測(cè)器的噪聲電流和有效光敏面積等參數(shù)。通過(guò)在不同光照強(qiáng)度下測(cè)量探測(cè)器的輸出信號(hào)和噪聲，計(jì)算出不同條件下的探測(cè)率，從而評(píng)估探測(cè)器在不同光強(qiáng)和噪聲環(huán)境下的性能。響應(yīng)時(shí)間也是光電探測(cè)器的重要性能指標(biāo)之一，它反映了探測(cè)器對(duì)光信號(hào)變化的響應(yīng)速度。響應(yīng)時(shí)間包括上升時(shí)間（tr）和下降時(shí)間（tf），上升時(shí)間是指光電流從10%上升到90%最大值所需的時(shí)間，下降時(shí)間是指光電流從90%下降到10%最大值所需的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間越短，探測(cè)器能夠快速跟蹤光信號(hào)的變化，適用于高速光信號(hào)的探測(cè)和處理。在實(shí)際測(cè)試中，通常使用脈沖光源照射探測(cè)器，通過(guò)示波器等設(shè)備測(cè)量光電流隨時(shí)間的變化，從而確定響應(yīng)時(shí)間。暗電流是指在無(wú)光照條件下，光電探測(cè)器中產(chǎn)生的電流。暗電流主要由材料的熱激發(fā)、雜質(zhì)和缺陷等因素引起，它會(huì)增加探測(cè)器的噪聲，降低探測(cè)器的性能。在測(cè)試暗電流時(shí)，將探測(cè)器置于黑暗環(huán)境中，測(cè)量其輸出電流，暗電流越小，探測(cè)器在無(wú)光情況下的穩(wěn)定性越好，對(duì)微弱光信號(hào)的探測(cè)能力越強(qiáng)。4.2.2應(yīng)用案例與效果評(píng)估在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光電探測(cè)器展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價(jià)值。例如，在X射線成像中，將含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦作為X射線的探測(cè)材料，利用其對(duì)X射線的吸收和光電轉(zhuǎn)換特性，將X射線信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)生物樣本內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像。與傳統(tǒng)的X射線探測(cè)器材料相比，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦具有較高的X射線吸收系數(shù)和良好的電荷傳輸性能，能夠提高成像的分辨率和靈敏度。在對(duì)小鼠骨骼進(jìn)行X射線成像實(shí)驗(yàn)中，基于含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的探測(cè)器能夠清晰地分辨出小鼠骨骼的細(xì)微結(jié)構(gòu)，圖像的對(duì)比度和清晰度優(yōu)于傳統(tǒng)探測(cè)器所獲得的圖像。在安防監(jiān)控領(lǐng)域，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光電探測(cè)器可用于制作紅外夜視攝像頭。由于其對(duì)近紅外光具有較高的響應(yīng)度，能夠在低光照條件下將近紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的探測(cè)和成像。在夜間監(jiān)控場(chǎng)景中，基于含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的紅外夜視攝像頭能夠清晰地捕捉到目標(biāo)物體的輪廓和運(yùn)動(dòng)軌跡，其探測(cè)距離和成像質(zhì)量與傳統(tǒng)的紅外夜視攝像頭相當(dāng)，甚至在某些方面表現(xiàn)更優(yōu)。該探測(cè)器還具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，能夠及時(shí)捕捉到快速移動(dòng)的目標(biāo)物體，為安防監(jiān)控提供了更可靠的保障。含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦光電探測(cè)器在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出了良好的探測(cè)效果，但仍存在一些挑戰(zhàn)。其穩(wěn)定性問(wèn)題是限制其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。在不同環(huán)境條件下，如高溫、高濕度和光照等，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦材料可能會(huì)發(fā)生降解和性能衰退，導(dǎo)致探測(cè)器的性能下降。為了提高探測(cè)器的穩(wěn)定性，需要進(jìn)一步優(yōu)化材料的合成工藝和器件結(jié)構(gòu)，采用合適的封裝技術(shù)，減少環(huán)境因素對(duì)材料的影響。探測(cè)器的制備工藝還不夠成熟，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高質(zhì)量的制備，這也限制了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。未來(lái)需要進(jìn)一步研究和開發(fā)新的制備工藝，提高探測(cè)器的制備效率和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，以推動(dòng)其在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。4.3在其他領(lǐng)域的潛在應(yīng)用含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦在發(fā)光二極管（LED）領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。由于其具有良好的光致發(fā)光特性，能夠發(fā)出特定波長(zhǎng)的光，可用于制備高效的發(fā)光二極管。含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的發(fā)光效率較高，且通過(guò)調(diào)整含硫有機(jī)胺的結(jié)構(gòu)和組成，可以精確調(diào)控其發(fā)光顏色。在一些研究中，通過(guò)改變含硫有機(jī)胺的碳鏈長(zhǎng)度和取代基，成功實(shí)現(xiàn)了從藍(lán)光到紅光的發(fā)光顏色調(diào)控，為制備全彩顯示的LED提供了可能。在制備含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦LED時(shí)，可采用溶液法或氣相沉積法將鈣鈦礦材料制備成薄膜，作為發(fā)光層。將含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦發(fā)光層與電子傳輸層、空穴傳輸層以及電極等組件組合，構(gòu)建成完整的LED器件。通過(guò)優(yōu)化各層材料的性能和界面接觸質(zhì)量，可以提高LED的發(fā)光效率和穩(wěn)定性。在選擇電子傳輸層和空穴傳輸層材料時(shí)，需要考慮其與鈣鈦礦發(fā)光層的能級(jí)匹配和載流子傳輸效率，以減少載流子的復(fù)合，提高LED的性能。含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦LED在照明和顯示領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在照明方面，其具有發(fā)光效率高、色純度好、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新一代的節(jié)能照明光源。在顯示領(lǐng)域，可用于制備高分辨率、高亮度、高對(duì)比度的顯示面板，為實(shí)現(xiàn)下一代顯示技術(shù)提供新的解決方案。目前含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦LED仍面臨一些挑戰(zhàn)，如器件的穩(wěn)定性和壽命有待進(jìn)一步提高。在實(shí)際應(yīng)用中，LED需要在不同的環(huán)境條件下長(zhǎng)時(shí)間工作，而含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦材料在高溫、高濕度等條件下可能會(huì)發(fā)生降解和性能衰退，影響LED的性能和壽命。因此，需要進(jìn)一步研究和開發(fā)有效的封裝技術(shù)和材料保護(hù)措施，提高LED的穩(wěn)定性和可靠性。含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦在光催化領(lǐng)域也具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。由于其具有合適的帶隙和良好的光吸收性能，能夠吸收太陽(yáng)光中的光子能量，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，從而驅(qū)動(dòng)光催化反應(yīng)的進(jìn)行。在光催化分解水制氫反應(yīng)中，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦可作為光催化劑，利用太陽(yáng)光將水分解為氫氣和氧氣，為實(shí)現(xiàn)清潔能源的生產(chǎn)提供了新的途徑。在有機(jī)污染物降解方面，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦能夠利用光生載流子的氧化還原能力，將有機(jī)污染物分解為無(wú)害的小分子物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境凈化的目的。在光催化應(yīng)用中，含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的光催化活性和穩(wěn)定性是關(guān)鍵因素。為了提高其光催化活性，可以通過(guò)優(yōu)化材料的合成工藝，減少晶體缺陷，提高光生載流子的分離效率和傳輸效率。引入助催化劑也是提高光催化活性的有效方法。在含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦表面負(fù)載貴金屬（如鉑、鈀等）或過(guò)渡金屬氧化物（如二氧化鈦、氧化鋅等）作為助催化劑，能夠促進(jìn)光生載流子的分離和轉(zhuǎn)移，提高光催化反應(yīng)速率。提高含硫有機(jī)胺鉛碘鈣鈦礦的穩(wěn)定性也是重要的研究方向。在光催化反應(yīng)過(guò)程中，光催化劑可能會(huì)受到光腐蝕、化學(xué)腐蝕等因素的影響，導(dǎo)致性能下降。通過(guò)對(duì)材料進(jìn)