經(jīng)過(guò)短短十年的發(fā)展,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率已經(jīng)超過(guò)25%,極具商業(yè)化價(jià)值,這得益于三維（3D）鈣鈦礦材料具有合適的帶隙、吸光系數(shù)高、電子遷移距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但3D鈣鈦礦的穩(wěn)定性依然是其亟待解決的問(wèn)題。二維（2D）鈣鈦礦器件除了兼具3D鈣鈦礦的優(yōu)異光電性質(zhì)之外,其穩(wěn)定性良好,是解決3D鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性問(wèn)題的一個(gè)可行方案。2D鈣鈦礦晶格中的疏水性大烷基胺陽(yáng)離子能阻止?jié)駳馇秩氲目赡苈窂?使其成為光電器件的備選材料。由于2D鈣鈦礦對(duì)許多不同的有機(jī)和無(wú)機(jī)成分具有較高的耐受性,使其組成具有多樣性,進(jìn)而影響其能帶變化。本文對(duì)2D鈣鈦礦的帶隙調(diào)控及能帶調(diào)控進(jìn)行總結(jié),希望對(duì)制備高效、穩(wěn)定的低維度鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有一定的指導(dǎo)意義。 

【文章來(lái)源】：化學(xué)進(jìn)展. 2020,32(07)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：12 頁(yè)

【部分圖文】：

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池原理及常用電荷傳輸材料能帶信息[6～9]

2D鈣鈦礦的形成是通過(guò)使用大體積的有機(jī)陽(yáng)離子,將3D鈣鈦礦沿<100>,<110>和<111>晶面進(jìn)行切割,從而形成三種不同的結(jié)構(gòu)的2D鈣鈦礦,如圖2所示[25,26]。2D鈣鈦礦的組成可根據(jù)層數(shù)和晶面取向變化而改變。與3D鈣鈦礦不同,2D鈣鈦礦中的大體積有機(jī)陽(yáng)離子可在鈣鈦礦降解的最初階段為表面水分子的吸附提供空間位阻。[27]這使鈣鈦礦吸光層對(duì)水汽具有良好的穩(wěn)定性[28]。在高溫條件下,熱應(yīng)力會(huì)引起3D鈣鈦礦離子的遷移,從而導(dǎo)致其降解[29,30]。而在2D鈣鈦礦中,長(zhǎng)鏈胺基的引入可適度的增加其對(duì)溫度的耐受性。大體積有機(jī)胺離子可以增加離子遷移勢(shì)壘,這有助于抑制揮發(fā)性離子從鈣鈦礦晶體中逸出。因此,2D鈣鈦礦材料能夠獲得比3D鈣鈦礦稍好的熱穩(wěn)定性,但是這種對(duì)溫度的耐受性不是無(wú)限制的,通常僅能維持10 d左右[29,31～33]。沿<100>晶面切割的2D鈣鈦礦,由于對(duì)許多不同的有機(jī)和無(wú)機(jī)成分具有較高的耐受性,因而具有較高的組成多樣性和穩(wěn)定性,是研究最廣泛的一類[34]。通常將其分為兩個(gè)子類,包括Ruddlesden-Popper(RP)相和Dion-Jacobson(DJ)相。

2D RP相鈣鈦礦是目前報(bào)道最多的一類有機(jī)無(wú)機(jī)雜化2D鈣鈦礦材料,其晶體結(jié)構(gòu)與無(wú)機(jī)化合物RP型層狀鈣鈦礦材料Sr3Ti2O7和K2NiF4相似,結(jié)構(gòu)式為R2An-1BnX3n+1,如圖3所示。A、B和X與3D鈣鈦礦中的含義相同,R是一種體積較大的有機(jī)陽(yáng)離子基團(tuán),充當(dāng)層間間隔,通常為脂肪族或芳香族烷基胺。文獻(xiàn)報(bào)道最多的R基團(tuán)有正丁胺(BA=C4H9NH2)[29,35～37]和苯乙胺PEA[16,17,38],此外,還有環(huán)丙胺(CA=C3H5NH2)[39]、5-氨基戊酸(5-AVA=C5H11NO2)[40]、聚乙烯亞胺(PEI)[41]、2-噻吩甲胺(ThMA=C5H7NS)[42]等。它們由BA+、PEA+等單胺陽(yáng)離子與一側(cè)的鈣鈦礦層相互作用,層與層之間為較弱的范德華作用,連接相鄰陽(yáng)離子之間存在范德華間隙。RP型鈣鈦礦內(nèi),BA基和PEA基2D鈣鈦礦相鄰層間的I…I鍵長(zhǎng)分別為8 ?和10 ?[43]。這種結(jié)構(gòu)給2D鈣鈦礦骨架帶來(lái)了不穩(wěn)定因素,其在外界強(qiáng)烈應(yīng)力作用下可能會(huì)發(fā)生退化。與RP型鈣鈦礦不同,DJ型2D鈣鈦礦近日來(lái)被廣泛報(bào)道[43～49]。DJ型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)與CsBa2Ta3O10相似,其化學(xué)計(jì)量式為MAn-1BnX3n+1,包括一個(gè)二胺有機(jī)基團(tuán)M2+。M2+同時(shí)連接上下兩個(gè)無(wú)機(jī)層,使得范德華間隙被消除。當(dāng)M2+為3-AMP及4-AMP時(shí),其I…I鍵長(zhǎng)分別縮小至4 ?與 4.2 ?[43]。較小的I…I鍵長(zhǎng)意味著結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。因此,DJ型鈣鈦礦具有穩(wěn)固的構(gòu)型,層與層之間得以完美的零位移疊加在一起。DJ型鈣鈦礦領(lǐng)域的這些進(jìn)展表明,其作為一種半導(dǎo)體吸光層應(yīng)用于制備高效且長(zhǎng)期穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有驚人的潛力[50]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Two-dimensional perovskite capping layer for stable and efficient tin-lead perovskite solar cells[J]. Jin Yuan,Yuanzhi Jiang,Tingwei He,Guodong Shi,Zixiong Fan,Mingjian Yuan.  Science China（Chemistry）. 2019(05)



本文編號(hào)：3016224