探討高分子相分佈對鈣鈦礦晶相成長與分佈的影響

Abstract

以有機成份的分佈調控無機晶相的析出，所形成的複合材料，有機會對光電元件的性質帶來突破，但是這樣的現象尚未被探討過。於共軛高分子(Conjugated polymer) 與絕緣高分子PMMA (Poly(methyl methacrylate))所形成的二元薄膜上，此研究觀察CH3NH3PbI3鈣鈦礦晶相前驅物PbI2的析出結晶，並探索影響的機制。 此研究分別以溶劑性質、薄膜結構與共軛高分子的種類等因素，來探索PbI2晶相於二元薄膜上的選擇性分佈。當溶劑與PMMA成份的親和性較好時，由於PbI2分子與PMMA分子亦有不錯的交互作用，可以觀察到PbI2晶相普遍傾向於PMMA區域析出。但當PMMA分佈於薄膜中凹陷的團狀區域時，若團狀區域直徑小於1 0 um，則會因溶液無法浸潤，而於旋轉塗佈的過程直接被甩開薄膜表面。僅有少數的PbI2晶相可以於PMMA區域上析出。若溶劑與共軛高分子有較好的親和性，則可以觀察到PbI2晶相於共軛高分子區域的析出，雖然PbI2分子傾向於PMMA區域析出。推論溶劑與PbI2可以形成錯合物，而影響PbI2晶相的析出分佈。以電腦模擬的計算發現於共軛高分子PBTTT晶相表面，側鏈的排列會形成鋸齒狀 (Saw-like)的起伏形貌。此結構會使得PbI2分子與側鏈有較大的接觸面積，增加側鏈與PbI2分子之間的交互作用，因而使得PbI2分子傾向於PBTTT晶相表面析出，即使溶劑與PMMA的親和性較佳。 CH3NH3+離子嵌入PbI2 晶相的(001)面之間，迫使結構中的[PbI6]四面體旋轉以提供足夠的空間，使得原本晶格排列的 (001)面，轉換為CH3NH3PbI3晶相的 (110)面。這個嵌入的過程，會使得結晶膨脹接近一倍。晶粒膨脹造成的推擠，會使得晶粒的排列更混亂。若增加CH3NH3I蒸氣源與PbI2薄膜的距離，晶相的轉變會較慢，晶粒膨脹造成的推擠較為溫和而使鈣鈦礦表面較為平整。

Date of Award	2018 Aug 30
Original language	Chinese
Supervisor	Jr-Jeng Ruan (Supervisor)