發(fā)布時間：2021-07-18 08:34

　　2D有機-無機雜化鈣鈦礦材料是通過在3D鈣鈦礦材料中引入大分子有機插層而形成的,具有高度的垂直生長取向和優(yōu)異的表面形貌,以及良好的濕度、光、熱穩(wěn)定性等優(yōu)點,已在太陽能電池領域受到廣泛關(guān)注。綜述了近幾年2D有機-無機雜化鈣鈦礦材料光伏性能的優(yōu)化策略,詳細闡述了L位有機陽離子優(yōu)化、無機層層數(shù)調(diào)控、表面形貌及取向優(yōu)化、2D/3D鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)建等方法對2D雜化鈣鈦礦材料光伏性能的影響,并對2D有機-無機雜化鈣鈦礦材料發(fā)展方向進行了展望。 

【文章來源】：電子元件與材料. 2020,39(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

(a)不同n值的(RNH3)2(MA)n-1PbnI3n+1鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖[31];

構(gòu)建2D/3D鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)通常有兩種方法。其一,直接將少量2D鈣鈦礦與3D鈣鈦礦的前驅(qū)液混合,通過自組裝的方式,使2D鈣鈦礦均勻分散于3D鈣鈦礦晶粒之間,在材料內(nèi)部形成大量2D/3D異質(zhì)結(jié)(如圖4(a))[50-51]。Chen等[52]制備出2D/3D 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的(PEA2PbI4)0.017(MAPbI3)鈣鈦礦材料,其光電轉(zhuǎn)換效率達19.8%,雖略低于MAPbI3基(20%),但前者的環(huán)境穩(wěn)定性遠高于后者((PEA2PbI4)0.017(MAPbI3)基在42天后仍有初始PCE的90%以上,而MAPbI3基在35天后其PCE不到初始值的55%)。Wu等[53]合成了GA0.1[Cs0.1(FA0.83MA0.17)0.9]0.9Pb(I0.83Br0.17)3薄膜,獲得了21.12%的光電轉(zhuǎn)換效率。其二,在3D鈣鈦礦薄膜頂部沉積一層2D鈣鈦礦材料,借助界面工程使薄膜表面自發(fā)形成2D/3D異質(zhì)結(jié)構(gòu)(如圖4(b)),這種方法能有效改善雜化鈣鈦礦薄膜表面質(zhì)量,不僅優(yōu)化了界面電荷的運輸能力,還顯著提升了環(huán)境穩(wěn)定性[54-55]。Niu等[55]通過界面工程構(gòu)建PEA2Pb2I4/FAPbI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)鈣鈦礦時發(fā)現(xiàn):這種特殊的異質(zhì)結(jié)構(gòu)使鈣鈦礦薄膜具有更好的量子阱分布和更優(yōu)的電荷傳輸能力,獲得了高于FAPbI3基的PCE(21.15%)。Zhou等[56]用(FPEA)2PbI4修飾Cs0.1(FA0.83MA0.17)0.9Pb(I0.83Br0.17)3薄膜表面,發(fā)現(xiàn):經(jīng)界面工程處理后的鈣鈦礦薄膜具有更優(yōu)的光伏性能和環(huán)境穩(wěn)定性(如圖4(c)),其初始PCE為20.54%(高于3D鈣鈦礦),且在10%～30%的相對濕度下經(jīng)36天后仍具有初始PCE的99%,而相同條件下,3D PSCs器件只保留了93%的初始PCE。綜上所述,基于2D/3D鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)的器件光電轉(zhuǎn)換效率已達到20%以上[50,55-56],其與3D鈣鈦礦材料的差距正在逐漸減小,尤為重要的是,這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的環(huán)境穩(wěn)定性是3D鈣鈦礦所不能比擬的,因此,2D/3D鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有廣闊的應用前景。4 結(jié)束語

3D有機-雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)式為AMX3,其中A為有機陽離子(一般為小分子有機陽離子,如甲胺離子MA+、甲脒離子FA+),M為金屬陽離子,X為鹵素陰離子,結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示[14]。有機基團占據(jù)AMX3結(jié)構(gòu)的A位,被MX6八面體環(huán)繞,形成標準的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。由于有機胺離子種類繁多,通�？梢酝ㄟ^控制A位離子實現(xiàn)對鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)與性能的調(diào)控,當選用的有機胺離子尺寸大于3D鈣鈦礦框架的容忍空間時,會使3D結(jié)構(gòu)沿<100>晶向切開,形成2D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(見圖1(b))[14]。2D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)通式為L2An-1MnX3n+1(當有機配體為雙胺時,結(jié)構(gòu)式為LAn-1MnX3n+1,其中L表示大尺寸的有機間隔陽離子,n代表無機層的數(shù)量),n=1時,大分子有機胺完全取代A位,無機層僅有一層,稱為純2D結(jié)構(gòu);n>1時,A位被部分取代,稱為準2D結(jié)構(gòu);當n值增加到一定程度后,鈣鈦礦趨于3D結(jié)構(gòu)。2D結(jié)構(gòu)中,有機層與無機層相互交疊,有機層分子之間存在較強的范德華力,且通常大分子有機胺中存在疏水基團,可有效防止或延遲鈣鈦礦晶體直接暴露在水汽中[15],因此,2D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)具有比3D結(jié)構(gòu)更好的環(huán)境穩(wěn)定性。2 2D鈣鈦礦材料光伏性能優(yōu)化

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于氮氣輔助一步溶液法的高質(zhì)量鈣鈦礦太陽能電池光吸收層研制[J]. 于淼,黃小娜,邵俊澤,張萬里.  電子元件與材料. 2020(04)
[2]二維有機-無機雜化鈣鈦礦:從材料性能到器件應用（英文）[J]. 馬爽,蔡墨朗,程泰,丁希宏,時小強,Ahmed Alsaedi,Tasawar Hayat,丁勇,譚占鰲,戴松元.  Science China Materials. 2018(10)
[3]有機無機雜化型鈣鈦礦材料光電探測器研究進展[J]. 沈典典,張翔暉.  電子元件與材料. 2018(02)
[4]雜化鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)及光吸收層組成優(yōu)化研究進展[J]. 孔夢琴,萬麗,李琴,胡航,張秋萍,王世敏.  電子元件與材料. 2015(12)



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