有机钙钛矿CH3NH3PbI3晶体的合成及表征观察1

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表3-1 CH3NH3PbI3的XRD的衍射图相关数据

No. 1 2 3 4 5 6 7 8

2Theta 14.140 19.942 28.088

28.406 31.863 34.923 40.447 43.030

D-Value 6.2759 4.4487

3.1742 3.1394 2.8062 2.5670 2.2783 2.1003

h k l 1 1 0 1 1 2 0 4 4 2 2 0 3 1 0 3 1 2 2 2 4 3 1 4

§3.3 SEM结果分析

图3-5是MAPbI3薄膜SEM像。图3-5（a）是形貌像，可以看出尺寸为

10~30um的颗粒，膜的致密度高。图3-5（b）为EDS图谱，可以看出测得的C:N=4：1、Pb：I=3:1。根据分子式计算的理论值是C:N=1:1,Pb:I=3:1。实际测得情况C，N比相差较大，原因是样品会吸收空气中的有机碳。Pb、I比复合实际测得情况，所以可以得出，EDS表明薄膜为MAPbI3。与XRD结果一致。

（a）形貌

（b）成分

图3-5 MAPbI3薄膜SEM

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图3-6是放置在空气中10天后，样品变成黄色后的SEM形貌。与图3-5

（a）对比，颗粒界面变成空隙，说明材料的不稳定性在界面更严重。黄色产物目前还不能确定。有文献说是含有结晶水的CH3NH3PbI3，有文献说是事分解的I2和PbI2。

图3-6 MAPbI3薄膜放置于空气中10天后SEM形貌

§3.4 MAPbI3稳定性观察

图3-7是所制备的MAPbI3放置在空气中不同时间观察的颜色变化。随时

间延长，样品由黑色变成黄色。

(a)刚刚制成的MAPbI3薄膜 （b）放置三天后的MAPbI3薄膜

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(c)刚刚制成的MAPbI3薄膜 （d）放置三天后的MAPbI3薄膜

图3-7 MAPbI3薄膜停留不同时间颜色变化

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第四章 分析与讨论

§4.1 MAPbI3稳定性分析

图3-7（a）至图3-7（d）的图片是试样放置与空气中，随放置时间不同的变化而产生的颜色变化，在图中我们可以发现，随着时间的变化，试样由原来的黑色转变为黄色。MAPbI3（CH3NH3PbI3）放置在空气的环境中，生成的黄色物质是由一系列化学反应完成的，其化学反应式有相关热力学如下

[15]

。

在反应4-1中, 在空气中水蒸气的作用下（作为催化剂）CH3NH3PbI3将

分解为CH3NH3I和PbI2。在这个平衡过程中,平衡常数可以表示为k(4-1)= c(CH3NH3I)和吉布斯自由能是ΔG（4-1）= -RT ln k(4-1)。

在反应式4-2中，CH3NH3I分解为CH3NH2和HI俩种物质，在这个平衡

过程中平衡常数k(4-2)= c(CH3NH2)c(HI)/ c(CH3NH3I)和吉布斯自由能是ΔG=- RT （4-2）ln k(4-2)。

在反应4-3中,HI有俩种反应途径。反应4-3代表了氧化还原反应。平衡

常数k(4-3)= 1/p(O2)c(HI),其标准吉布斯自由能可以计算如下:

经计算可知，其标准吉布斯自由能为负值，所以这个反应很容易进行。

公式（4-4）代表了光化学反应，HI可以很容易被分解成为H2和I2。根据勒

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