摘要
界面及金属掺杂调控CsPbBr/TiO体系的光生载流子传输的超快过
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程研究
钙钛矿是下一代光伏领域最有前途的候选材料之一，这主要归结于钙钛矿材
料的可调谐带宽，超快的电荷产率等一些优异的光物理性能，得到了科研人员的
广泛研究应用。钙钛矿的载流子动力学行为与器件的性能密切相关，特别是，操
纵载流子有可能实现超高的光电转换效率，因此对于光激发之后钙钛矿载流子的
运动过程，迫切需要一种快速的检测方法。快速热载流子冷却，钙钛矿及其界面
内的非辐射过程，以及电荷转移等过程通常发生在飞秒到纳秒时间范围内。利用
泵浦-探测技术采集的瞬态吸收光谱（TAS）可以较为清楚的研究光生载流子的
瞬态行为，从而揭示影响光生载流子寿命的因素，为钙钛矿材料在光伏器件上的
应用提供一些动力学实验基础。
据报道，钙钛矿的光电转换效率已经高达33%。然而，它们的大规模部署和
可能的商业化目前受到限制。界面及金属掺杂被认为是调控载流子提取、传输和
复合等过程的关键因素。因此，本文基于CsPbBr/TiO复合体系，利用泵浦-探
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测技术以及单光子计数技术，来观测光生载流子各种弛豫过程，并总结出载流子
的动力学特性。本论文的研究内容主要包括以下几个部分：
（1）我们选择TiO作为电子传输材料，与高温热注入法制备的CsPbBr钙
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钛矿晶体形成复合结构（CsPbBr/TiO）。选取酞菁铜（CuPc）和吩噻嗪（PTZ）
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作为空穴传输材料，与CsPbBr/TiO形成双传输层复合体系（CuPc/CsPbBr/TiO、
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PTZ/CsPbBr/TiO）。通过采集各体系的紫外-可见吸收光谱、TAS以及和时间
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分辨荧光(TRPL)衰减曲线，研究不同的空穴传输材料对钙钛矿载流子动力学的
影响。通过对上述各体系的TAS数据进行奇异值分解（SVD）和全局拟合，得
到了四个瞬态动力学组份，分别归属为：热载流子的冷却过程，载流子扩散过程，
界面载流子转移过程和电荷复合过程。并通过对TAS和TRPL衰减曲线的总结
分析，我们认为钙钛矿与空穴传输层界面之间的电荷转移的额外失活途径能够加
速载流子的分离，且CuPc、PTZ可能弥补CsPbBr的一些缺陷，有利于空穴的
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传输。CuPc（PTZ）与CsPbBr价带的能量差对界面电荷转移有影响，并且PTZ
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I
含有的S原子对界面电荷转移也是有利的。我们的发现也为钙钛矿材料在太阳能
等光伏领域的应用提供了物理机制的解释。
（2）我们利用高温热注入法合成CsPbBr，借鉴前人合成后掺杂的手段，
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2+2+
制备一系列不同的Cu掺杂体系，并与TiO组成一系列Cu掺杂下的
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2+
CsPbBr/TiO体系，探讨Cu掺杂对CsPbBr的晶体结构以及对CsPbBr/TiO复
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