水輔助準2D鈣鈦礦晶體生長實現電荷傳輸和光伏性能的提升
發布時間：2020-08-28 作者：HARRY 分享到：
相比于傳統的有機-無機雜化3D鈣鈦礦，含有疏水性長鏈有機銨鹽（例如丁銨或苯乙銨）的準2D鈣鈦礦能夠**提高材料本身和光電器件的穩定性。但是長鏈有機銨鹽通常具有較強的電絕緣性，使得準2D鈣鈦礦表現出比3D鈣鈦礦更大的激子結合能和較差的載流子傳輸效率，嚴重制約了其光電轉換效率（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2D鈣鈦礦薄膜的電荷傳輸性能。目前大多數的準2D鈣鈦礦薄膜是利用熱涂膜法實現垂直取向的晶體生長。然而，由于熱能驅動的快速結晶使得趨于3D相和趨于2D相之間結晶過程的競爭變得**激烈，難以**控制其薄膜形成過程中不同n值相的分布，這種競爭本質上是源于PbI2分別與碘甲銨（MAI）和碘丁銨（BAI）之間的結晶反應。
北京航空航天大學化學學院張淵團隊針對這一問題，將少量去離子水引入到前驅體溶液中以調控熱涂膜法中準2D鈣鈦礦晶體的生長過程。結果表明，經過含水前驅體制備的(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%。這主要是因為前驅體溶液中MAI?H2O水合物輔助了3D相和2D相間協同的晶體生長，獲得了晶體取向和相分布更加有序的**準2D鈣鈦礦薄膜，從而促進了不同相間的電荷轉移和器件內的電荷輸出。同時，研究人員將水輔助結晶法進一步應用于基于混合陽離子的(BA)2(MA0.8FA0.15Cs0.05)4Pb5I16的準2D鈣鈦礦器件中，**PCE可達18.04％，并且該器件在60 °C下連續熱老化500 h以后，PCE的衰減低于初始效率的15%。本文的研究結果不僅提供了一種調控準2D鈣鈦礦晶體生長的策略，而且擴展了鈣鈦礦薄膜制備過程中的濕度窗口，有利于促進高性能準2D鈣鈦礦器件的商業化制造。相關論文在線發表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.202001832）上。
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