钙钛矿Cs3Bi2I9单晶的制备及热电性能研究

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热电材料可实现热能到电能的转换,在能源行业有巨大的应用前景。钙钛矿Cs3Bi2I9具有较大的原子序数,可引起振动非谐性;自身具有较低的热导率,层状结构有利于降低热传导;同时作为半导体材料可调整电学性能,理论上具备一定的热电性能。论文采用电控梯度凝固法和反温度-蒸发结晶法进行Cs3Bi2I9晶体生长,同时对Cs3Bi2I9晶体进行热电性质研究。首先,采用固相研磨法制备Cs3Bi2I9原料多晶粉末,通过改进的双温区电控梯度凝固法制备晶体。系统研究了对流温度、生长速率、降温速率对Cs3Bi2I9晶体质量的影响,发现对流温度上温区628℃、下温区682℃、生长速率为0.5 mm/h、降温速率为6℃/h的条件下得到的晶体表面光滑平整。XRD测试表明晶体可沿着(l00)和(00l)方向生长,证明了该材料的层状结构;EDS测试表明晶体生长过程各元素原子比为Cs:Bi:I=2.76:2:8.22,存在I元素缺失的情况;通过Cs3Bi2I9钙钛矿单晶的Tauc曲线粗略计算可得晶体的禁带宽度约为1.98 e V。I-V曲线测试计算出晶体的电阻率在1010Ω·cm数量级,通过测试发现塞贝克系数均为负值,Cs3Bi2I9晶体为n型半导体材料,塞贝克系数最大值约为-310.12μV/K。其次,采用反温度-蒸发结晶法制备Cs3Bi2I9晶体。系统研究晶体生长温度、开孔数量、有无籽晶对晶体质量的影响,发现生长温度为80~94℃、开孔数量为1个、容器底部放入2个籽晶可在短时间制备出大尺寸的晶体,利用60℃的DMF溶液可以更加干净的清洗Cs3Bi2I9晶片。XRD测试证明晶体可沿着(l00)和(00l)方向生长,呈六边形结构(空间结构P63/mmc);EDS测试表明晶体生长过程各元素原子比接近Cs:Bi:I=3.11:2:9.35;粗略计算出Cs3Bi2I9晶体的禁带宽度约为1.97 e V。通过I-V曲线测试计算出晶体的电阻率为ρ=1.49×1010Ω·cm,塞贝克系数均为负值,Cs3Bi2I9晶体为n型半导体材料,塞贝克系数最大值约为-698.46μV/K。
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