水輔助準(zhǔn)2D鈣鈦礦晶體生長實(shí)現(xiàn)電荷傳輸和光伏性能的提升
發(fā)布時(shí)間：2020-08-28 作者：HARRY 分享到：
相比于傳統(tǒng)的有機(jī)-無機(jī)雜化3D鈣鈦礦，含有疏水性長鏈有機(jī)銨鹽（例如丁銨或苯乙銨）的準(zhǔn)2D鈣鈦礦能夠**提高材料本身和光電器件的穩(wěn)定性。但是長鏈有機(jī)銨鹽通常具有較強(qiáng)的電絕緣性，使得準(zhǔn)2D鈣鈦礦表現(xiàn)出比3D鈣鈦礦更大的激子結(jié)合能和較差的載流子傳輸效率，嚴(yán)重制約了其光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。之前的研究表明垂直于基底的晶體取向和不同n值相的梯度分布可以**改善準(zhǔn)2D鈣鈦礦薄膜的電荷傳輸性能。目前大多數(shù)的準(zhǔn)2D鈣鈦礦薄膜是利用熱涂膜法實(shí)現(xiàn)垂直取向的晶體生長。然而，由于熱能驅(qū)動的快速結(jié)晶使得趨于3D相和趨于2D相之間結(jié)晶過程的競爭變得**激烈，難以**控制其薄膜形成過程中不同n值相的分布，這種競爭本質(zhì)上是源于PbI2分別與碘甲銨（MAI）和碘丁銨（BAI）之間的結(jié)晶反應(yīng)。
北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院張淵團(tuán)隊(duì)針對這一問題，將少量去離子水引入到前驅(qū)體溶液中以調(diào)控?zé)嵬磕しㄖ袦?zhǔn)2D鈣鈦礦晶體的生長過程。結(jié)果表明，經(jīng)過含水前驅(qū)體制備的(BA)2MA4Pb5I16基電池（n=5）的短路電流密度提高到了19.01 mA/cm2，PCE超過了15%。這主要是因?yàn)榍膀?qū)體溶液中MAI?H2O水合物輔助了3D相和2D相間協(xié)同的晶體生長，獲得了晶體取向和相分布更加有序的**準(zhǔn)2D鈣鈦礦薄膜，從而促進(jìn)了不同相間的電荷轉(zhuǎn)移和器件內(nèi)的電荷輸出。同時(shí)，研究人員將水輔助結(jié)晶法進(jìn)一步應(yīng)用于基于混合陽離子的(BA)2(MA0.8FA0.15Cs0.05)4Pb5I16的準(zhǔn)2D鈣鈦礦器件中，**PCE可達(dá)18.04％，并且該器件在60 °C下連續(xù)熱老化500 h以后，PCE的衰減低于初始效率的15%。本文的研究結(jié)果不僅提供了一種調(diào)控準(zhǔn)2D鈣鈦礦晶體生長的策略，而且擴(kuò)展了鈣鈦礦薄膜制備過程中的濕度窗口，有利于促進(jìn)高性能準(zhǔn)2D鈣鈦礦器件的商業(yè)化制造。相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.202001832）上。
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