2D有机-无机杂化钙钛矿材料光伏性能优化研究进展
发布时间：2021-07-18 08:34
2D有机-无机杂化钙钛矿材料是通过在3D钙钛矿材料中引入大分子有机插层而形成的,具有高度的垂直生长取向和优异的表面形貌,以及良好的湿度、光、热稳定性等优点,已在太阳能电池领域受到广泛关注。综述了近几年2D有机-无机杂化钙钛矿材料光伏性能的优化策略,详细阐述了L位有机阳离子优化、无机层层数调控、表面形貌及取向优化、2D/3D钙钛矿异质结构构建等方法对2D杂化钙钛矿材料光伏性能的影响,并对2D有机-无机杂化钙钛矿材料发展方向进行了展望。
【文章来源】：电子元件与材料. 2020,39(11)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
(a)不同n值的(RNH3)2(MA)n-1PbnI3n+1钙钛矿结构示意图[31];
构建2D/3D钙钛矿异质结构通常有两种方法。其一,直接将少量2D钙钛矿与3D钙钛矿的前驱液混合,通过自组装的方式,使2D钙钛矿均匀分散于3D钙钛矿晶粒之间,在材料内部形成大量2D/3D异质结(如图4(a))[50-51]。Chen等[52]制备出2D/3D 异质结构的(PEA2PbI4)0.017(MAPbI3)钙钛矿材料,其光电转换效率达19.8%,虽略低于MAPbI3基(20%),但前者的环境稳定性远高于后者((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,获得了21.12%的光电转换效率。其二,在3D钙钛矿薄膜顶部沉积一层2D钙钛矿材料,借助界面工程使薄膜表面自发形成2D/3D异质结构(如图4(b)),这种方法能有效改善杂化钙钛矿薄膜表面质量,不仅优化了界面电荷的运输能力,还显著提升了环境稳定性[54-55]。Niu等[55]通过界面工程构建PEA2Pb2I4/FAPbI3异质结构钙钛矿时发现:这种特殊的异质结构使钙钛矿薄膜具有更好的量子阱分布和更优的电荷传输能力,获得了高于FAPbI3基的PCE(21.15%)。Zhou等[56]用(FPEA)2PbI4修饰Cs0.1(FA0.83MA0.17)0.9Pb(I0.83Br0.17)3薄膜表面,发现:经界面工程处理后的钙钛矿薄膜具有更优的光伏性能和环境稳定性(如图4(c)),其初始PCE为20.54%(高于3D钙钛矿),且在10%～30%的相对湿度下经36天后仍具有初始PCE的99%,而相同条件下,3D PSCs器件只保留了93%的初始PCE。综上所述,基于2D/3D钙钛矿异质结构的器件光电转换效率已达到20%以上[50,55-56],其与3D钙钛矿材料的差距正在逐渐减小,尤为重要的是,这种异质结构的环境稳定性是3D钙钛矿所不能比拟的,因此,2D/3D钙钛矿异质结构具有广阔的应用前景。4 结束语
3D有机-杂化钙钛矿结构式为AMX3,其中A为有机阳离子(一般为小分子有机阳离子,如甲胺离子MA+、甲脒离子FA+),M为金属阳离子,X为卤素阴离子,结构如图1(a)所示[14]。有机基团占据AMX3结构的A位,被MX6八面体环绕,形成标准的钙钛矿结构。由于有机胺离子种类繁多,通常可以通过控制A位离子实现对钙钛矿材料结构与性能的调控,当选用的有机胺离子尺寸大于3D钙钛矿框架的容忍空间时,会使3D结构沿<100>晶向切开,形成2D钙钛矿结构(见图1(b))[14]。2D钙钛矿结构通式为L2An-1MnX3n+1(当有机配体为双胺时,结构式为LAn-1MnX3n+1,其中L表示大尺寸的有机间隔阳离子,n代表无机层的数量),n=1时,大分子有机胺完全取代A位,无机层仅有一层,称为纯2D结构;n>1时,A位被部分取代,称为准2D结构;当n值增加到一定程度后,钙钛矿趋于3D结构。2D结构中,有机层与无机层相互交叠,有机层分子之间存在较强的范德华力,且通常大分子有机胺中存在疏水基团,可有效防止或延迟钙钛矿晶体直接暴露在水汽中[15],因此,2D钙钛矿结构具有比3D结构更好的环境稳定性。2 2D钙钛矿材料光伏性能优化
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于氮气辅助一步溶液法的高质量钙钛矿太阳能电池光吸收层研制[J]. 于淼,黄小娜,邵俊泽,张万里. 电子元件与材料. 2020(04)
[2]二维有机-无机杂化钙钛矿:从材料性能到器件应用（英文）[J]. 马爽,蔡墨朗,程泰,丁希宏,时小强,Ahmed Alsaedi,Tasawar Hayat,丁勇,谭占鳌,戴松元. Science China Materials. 2018(10)
[3]有机无机杂化型钙钛矿材料光电探测器研究进展[J]. 沈典典,张翔晖. 电子元件与材料. 2018(02)
[4]杂化钙钛矿太阳能电池结构及光吸收层组成优化研究进展[J]. 孔梦琴,万丽,李琴,胡航,张秋萍,王世敏. 电子元件与材料. 2015(12)
本文编号：3289228
【文章来源】：电子元件与材料. 2020,39(11)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
(a)不同n值的(RNH3)2(MA)n-1PbnI3n+1钙钛矿结构示意图[31];
构建2D/3D钙钛矿异质结构通常有两种方法。其一,直接将少量2D钙钛矿与3D钙钛矿的前驱液混合,通过自组装的方式,使2D钙钛矿均匀分散于3D钙钛矿晶粒之间,在材料内部形成大量2D/3D异质结(如图4(a))[50-51]。Chen等[52]制备出2D/3D 异质结构的(PEA2PbI4)0.017(MAPbI3)钙钛矿材料,其光电转换效率达19.8%,虽略低于MAPbI3基(20%),但前者的环境稳定性远高于后者((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,获得了21.12%的光电转换效率。其二,在3D钙钛矿薄膜顶部沉积一层2D钙钛矿材料,借助界面工程使薄膜表面自发形成2D/3D异质结构(如图4(b)),这种方法能有效改善杂化钙钛矿薄膜表面质量,不仅优化了界面电荷的运输能力,还显著提升了环境稳定性[54-55]。Niu等[55]通过界面工程构建PEA2Pb2I4/FAPbI3异质结构钙钛矿时发现:这种特殊的异质结构使钙钛矿薄膜具有更好的量子阱分布和更优的电荷传输能力,获得了高于FAPbI3基的PCE(21.15%)。Zhou等[56]用(FPEA)2PbI4修饰Cs0.1(FA0.83MA0.17)0.9Pb(I0.83Br0.17)3薄膜表面,发现:经界面工程处理后的钙钛矿薄膜具有更优的光伏性能和环境稳定性(如图4(c)),其初始PCE为20.54%(高于3D钙钛矿),且在10%～30%的相对湿度下经36天后仍具有初始PCE的99%,而相同条件下,3D PSCs器件只保留了93%的初始PCE。综上所述,基于2D/3D钙钛矿异质结构的器件光电转换效率已达到20%以上[50,55-56],其与3D钙钛矿材料的差距正在逐渐减小,尤为重要的是,这种异质结构的环境稳定性是3D钙钛矿所不能比拟的,因此,2D/3D钙钛矿异质结构具有广阔的应用前景。4 结束语
3D有机-杂化钙钛矿结构式为AMX3,其中A为有机阳离子(一般为小分子有机阳离子,如甲胺离子MA+、甲脒离子FA+),M为金属阳离子,X为卤素阴离子,结构如图1(a)所示[14]。有机基团占据AMX3结构的A位,被MX6八面体环绕,形成标准的钙钛矿结构。由于有机胺离子种类繁多,通常可以通过控制A位离子实现对钙钛矿材料结构与性能的调控,当选用的有机胺离子尺寸大于3D钙钛矿框架的容忍空间时,会使3D结构沿<100>晶向切开,形成2D钙钛矿结构(见图1(b))[14]。2D钙钛矿结构通式为L2An-1MnX3n+1(当有机配体为双胺时,结构式为LAn-1MnX3n+1,其中L表示大尺寸的有机间隔阳离子,n代表无机层的数量),n=1时,大分子有机胺完全取代A位,无机层仅有一层,称为纯2D结构;n>1时,A位被部分取代,称为准2D结构;当n值增加到一定程度后,钙钛矿趋于3D结构。2D结构中,有机层与无机层相互交叠,有机层分子之间存在较强的范德华力,且通常大分子有机胺中存在疏水基团,可有效防止或延迟钙钛矿晶体直接暴露在水汽中[15],因此,2D钙钛矿结构具有比3D结构更好的环境稳定性。2 2D钙钛矿材料光伏性能优化
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于氮气辅助一步溶液法的高质量钙钛矿太阳能电池光吸收层研制[J]. 于淼,黄小娜,邵俊泽,张万里. 电子元件与材料. 2020(04)
[2]二维有机-无机杂化钙钛矿:从材料性能到器件应用（英文）[J]. 马爽,蔡墨朗,程泰,丁希宏,时小强,Ahmed Alsaedi,Tasawar Hayat,丁勇,谭占鳌,戴松元. Science China Materials. 2018(10)
[3]有机无机杂化型钙钛矿材料光电探测器研究进展[J]. 沈典典,张翔晖. 电子元件与材料. 2018(02)
[4]杂化钙钛矿太阳能电池结构及光吸收层组成优化研究进展[J]. 孔梦琴,万丽,李琴,胡航,张秋萍,王世敏. 电子元件与材料. 2015(12)
本文编号：3289228
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3289228.html
教材专著
