【摘 要】
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基于异质结构可以实现激光器、发光二极管、光电探测器、太阳能电池、发电机等光电和能量转换器件。由于石墨烯和钙钛矿的优异电学和光学性质,将它们用于异质结构中,可以丰富
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基于异质结构可以实现激光器、发光二极管、光电探测器、太阳能电池、发电机等光电和能量转换器件。由于石墨烯和钙钛矿的优异电学和光学性质,将它们用于异质结构中,可以丰富异质结构的物理机制,结合结构特点和材料优势。石墨烯/半导体异质结的结区位于表面,利用电学和化学等调控手段,可以有效地提高器件的性能。将钙钛矿和能级匹配的材料组成异质结构,可以实现电子和空穴的选择性传输,从而提高载流子的传输效率。因此,基于石墨烯、钙钛矿异质结构,通过合适的调控手段,可以构造具有高性能和新物理机制的发光与发电器件。本文利用表面等离子体共振效应和栅调控效应,提升基于石墨烯/氮化镓异质结的发光二极管的发光性能;利用反弹载流子和光生载流子的非线性光增强效应,实现机械能和光能协同收集的基于动态金属/钙钛矿肖特基结的直流发电机,并探索其作为柔性器件的应用。本文的主要研究内容如下:（1）在石墨烯/P型氮化镓发光二极管表面旋涂直径约为100 nm的银纳米颗粒。在2.5 m A的工作电流下,银纳米颗粒/石墨烯/P型氮化镓发光二极管的发光强度是石墨烯/P型氮化镓发光二极管的2倍。增强效果源于银纳米颗粒的表面等离子体共振效应,可提高载流子的辐射复合过程,从而提升发光二极管的发光强度。（2）在引入银纳米颗粒的基础上,设计了石墨烯/PMMA/石墨烯三明治结构。在顶层石墨烯上外加栅电压时,通过顶层石墨烯和底层石墨烯之间的载流子注入过程,改变底层石墨烯的费米能级,从而调节石墨烯/银纳米颗粒-PMMA/石墨烯/P型氮化镓发光二极管的发光强度。当栅电压从0 V变化到-10 V时,发光二极管的发光强度是原来的4倍。（3）通过低温旋涂法制备MA0.5FA0.5Pb0.5Sn0.5I3钙钛矿,与金属接触并相对移动,形成动态金属/钙钛矿肖特基直流发电机,可以将机械能转换为直流电能。暗态下,动态铝/钙钛矿肖特基直流发电机的输出电压和输出电流密度分别为-0.70 V和-41.1 A/m2。（4）由于钙钛矿的宽光谱范围和高光吸收系数等优良光学性能,光照下在钙钛矿中会产生大量的光生载流子。在动态金属/钙钛矿肖特基直流发电机的内建电场的作用下,光生载流子会和反弹载流子相互作用,促进光生载流子的分离和加速,产生非线性光增强效应。通过这种效应,可以协同收集机械能和光能,提升动态金属/钙钛矿肖特基直流发电机的输出电流。暗态中,动态铝/钙钛矿肖特基直流发电机的输出电流为-0.55μA,而在AM1.5G光照下,其输出电流为-1.80μA,表现出3倍的提升。（5）在ITO/PET柔性衬底上制备了动态铝膜/钙钛矿柔性发电机,在未被弯曲情况下可产生-0.37 V的输出电压。当弯曲角度为60°和120°时,动态铝膜/钙钛矿柔性发电机仍可保持87%和70%的原始输出电压,说明器件具有很好的柔韧性。
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