纳米人-ACS Energy Lett：钙钛矿最新进展总结

ACS Energy Lett：钙钛矿最新进展总结

纳米技术纳米 2020-04-26

金属卤化物钙钛矿材料展现出新颖和振奋人心的性质，Osman M. Bakr，Marina Leite，Narayan Pradhan等对钙钛矿太阳能电池最近的发展情况进行总结，特别是钙钛矿中重要问题：太阳能工作衰减动力学、混合钙钛矿量子点的氯缺陷钝化等。

文章要点：

（1）2D/3D钙钛矿种类扩展。通过在钙钛矿中引入二级胺离子实现了高效、改善热稳定性的太阳能电池。钙钛矿领域的研究者目前正尝试改善电池的稳定性，这是由于虽然钙钛矿太阳能电池的稳定性提高了但是稳定性问题较严重。目前发现比较好的材料是二维和准二维钙钛矿材料的使用（在三维钙钛矿上负载），实现了钙钛矿电池的抗湿性和热不稳定性。三维钙钛矿材料中有PbI₆^4-八面体和小体积的阳离子（甲胺等）组成，与之相比，二维钙钛矿材料中的有机阳离子是由体积更大的有机胺组成的，由于有机胺的体积非常大，导致PbI₆^4-组成了层状结构，大体积有机阳离子单独组成一层。这种大体积有机阳离子使二维钙钛矿展现出新颖性质，比如更优秀的抗湿性。Rodriguez Romero, Mora-Sero等发现二级有机胺阳离子（二丙胺阳离子）能够组成稳定性更高的二维/准二维钙钛矿，组成了Dip₂Ma_n-1Pb_nI_3n+1结构。这种二丙胺阳离子策略提高了电池的稳定性，并且钙钛矿的荧光寿命得以明显改善，说明材料在光照射作用中能产生更多载流子。作者通过建立模型发现，相邻的二丙胺阳离子间有较强的范德瓦尔斯相互作用，二维层间距缩小。

参考文献

ACS Energy Letters 2020, 5 (4), 1013−1021

（2）混合钙钛矿材料的降解过程动力学。稳定性问题抑制了混合钙钛矿材料的吸光性能和发光性能，此外热、光、氧气、潮湿气氛都对太阳能性能有损害，通过机器学习（mechine learning）方法对钙钛矿的稳定性进行研究，华盛顿大学Hillhouse等通过光学（荧光光谱、光吸收），电子学（导电性）对Fermi能级分裂、载流子迁移长度（difusion length）表征，这些参数是钙钛矿电池中的关键参数。通过机器学习方法，实现了对MAPI₃材料的稳定性研究，对MAPI₃转为PbI₂过程中的载流子迁移、费米能级变化表征。

参考文献

ACS Energy Letters 2020, 5 (3) 946−954

（3）混合卤离子钙钛矿量子点太阳能电池中有机拟卤素对氯缺陷的钝化进而改善蓝光二极管性能。CsPbCl₃和CsPb(Br_xCl_1-x)₃钙钛矿的蓝光性能受到氯缺陷的影响，严重抑制了钙钛矿的辐射复合过程。Bakr等通过烷基SCN化合物（拟卤素）钝化钙钛矿中的氯缺陷，实现了蓝光LED的83 %荧光产率，RSCN展现了较高的溶解性和钝化性能，能够显著消除缺陷态，提高激子发射性能。作者通过DFT方法对缺陷抑制作用进行研究，发现Cl会在低于导带~0.2 eV的位置引入缺陷态，SCN^-能够消除这种缺陷态，通过这种策略实现了6.3 %的量子产率，这个结果是目前的混合卤素量子点LED的量子产率的两倍。