光学带隙与光吸收有着直接关系,根据样品的吸光度光谱,利用Tauc方程外推法计算了5种成分薄膜的禁带宽度。根据半导体理论[4],钙钛矿薄膜为直接带隙半导体,因此有(1)、(2)式中,是光吸收系数,A是吸光度,d是薄膜厚度,是普朗克常数,4.13566743×10-15eV·s,c是光速,2.99792458×108m/s,是以纳米为单位时波长的数值,是频率。根据式(1)、式(2),以为横坐标,为纵坐标,做出的关系曲线。该曲线的切线与横坐标的交点即为薄膜的禁带宽度[5]。
图4是不同成分的钙钛矿薄膜的的关系曲线。由图4(a)可见,CH3NH3SnI3成分的薄膜禁带宽度最小,为1.44eV。掺杂部分Br-与Cl-后,如图4(b)、(c)所示,CH3NH3SnI2Br和CH3NH3SnI2Cl钙钛矿薄膜的禁带宽度增大,分别为1.75eV和1.68eV,这是由于Br-与Cl-的引入导致钙钛矿结构的晶格变小,并且电离度增加,从而导致带隙变宽。而当Br-与Cl-的掺杂量增多,如图4(d)、(e)所示,CH3NH3SnIBr2和CH3NH3SnICl2钙钛矿薄膜的禁带宽度进一步增大,分别为2.08eV和2.88eV图4 不同成分的钙钛矿薄膜的的关系曲线图
图5是不同成分钙钛矿薄膜的紫外可见光吸收率曲线。由图5可知,与CH3NH3SnI3成分的钙钛矿薄膜相比,掺杂Br-与Cl-均减弱了钙钛矿薄膜的吸收率,同时随着掺杂量的增加,其在可见光范围内的吸收率大幅度降低。与图4(e)相对应,CH3NH3SnICl2钙钛矿薄膜的禁带宽度最大为2.88eV,这也就导致了其在可见光范围内吸收很少。
图4 不同成分的钙钛矿薄膜的的关系曲线
图5 不同成分钙钛矿薄膜的紫外可见光吸收率曲线图
3 结论
CH3NH3SnI3成分的钙钛矿薄膜具有最低的禁带宽度增加,降低其在可见光范围内的吸光性能,过多的Br-、Cl-会导致钙钛矿薄膜结晶性能降低。