纳米人-Solar RRL：北京交通大学王熙报道低于200度制备大气环境稳定的CsPbI3太阳能电池

Solar RRL：北京交通大学王熙报道低于200度制备大气环境稳定的CsPbI3太阳能电池

纳米技术纳米 2020-03-20

MAPbX₃，FAPbX₃中使用的阳离子分别为甲胺阳离子和甲脒阳离子，虽然这些材料在太阳能电池中展现了非常高的电池效率，但是由于有机阳离子和PbI₂之间的氢键作用较弱，导致其稳定性较弱。其中的有机组分容易降解，特别是在H₂O水蒸气、紫外光照射、加热条件、电场中容易发生各种降解作用。α‐, β‐, and γ‐CsPbI₃黑色晶相BP（black phase）钙钛矿材料展现了非常高的热稳定性和更高的寿命。α‐CsPbI₃钙钛矿晶相具有~1.73 eV的能带值，在叠层太阳能电池（和晶硅等材料配合）中会有比较好的应用。但是，α‐CsPbI₃容易在高湿度环境中由于热力学作用转化为δ-CsPbI₃（正交晶相，能带2.82 eV）。Yin等将PVP（聚乙烯吡咯烷酮，polyvinylpyrrolidone）组装到α‐CsPbI₃晶相的太阳能电池中，提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性（电池在湿度RH=45~55 %时，经过500 h工作效率保持75 %）（Nat. Commun. 2018, 9, 1076）。2018年，Even等（ACS Nano 2018, 12, 3477.）和Snaith等（ACS Energy Lett. 2018, 3, 1787.）报道了β‐, γ‐CsPbI₃晶相太阳能电池，通过快速冷却方法，分别在175 ℃和260 ℃生成β‐CsPbI₃和γ‐CsPbI₃。

通常这种钙钛矿材料在200 ℃以上合成，低温条件下的合成方法还很少见报道。北京交通大学的王熙报道了在低于200 ℃条件下合成的CsPbI₃，通过聚乙烯吡咯烷酮中的C=O键（PVP，polyvinylpyrrolidone）和Pb原子强相互作用，实现了更低温度的合成，使用in-situ HADDF-STEM方法对钙钛矿晶化过程进行表征。

本文要点

（1) 通过3 % PVP优化后的电池在80 ℃和160 ℃中煅烧展现的最高电池效率分别为4 %和10 %。160 ℃中煅烧的CsPbI₃电池显示，在大气气氛中保存5个月后能保持80 %的电池效率。

（2) ¹³C NMR显示，PVP中对应于C=O键的174.1 ppm的峰转移了0.3 ppm，说明PVP中的C=O和钙钛矿产生了非常强的相互作用。EXAFS显示PVP处理后，Pb-I峰的强度随着煅烧温度提高而增强，说明煅烧过程中CsPbI₃晶体的结晶性提高。通过原位加热到350 ℃用HADDF-STEM对CsPbI₃晶体的过程进行表征。