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δ-CsPbI3中间相辅助法构筑高质量Cs/FA/MA三元钙钛矿薄膜

Cs/FA/MA三元阳离子钙钛矿太阳能电池因其高效率以及高稳定性受到了广泛关注。目前的Cs/FA/MA钙钛矿薄膜通常使用反溶剂一步沉积法来制备。然而在实际的产业化生产中,大量使用有机溶剂是对环境非常不友好。因此,为了能够使用两步法制备出高质量的Cs/FA/MA钙钛矿薄膜,不少学者致力于发展连续沉积技术。近期,江汉大学刘钰旻点击查看介绍以及武汉大学赵兴中点击查看介绍的团队联合发展了一种δ-CsPbI3中间相辅助法,该方法通过在PbI2前驱体溶液中加入适量的CsPbI3溶液,促进了碘化铅与FAI溶液的反应,获得了晶体取向更好、晶粒更大的高质量Cs/FA/MA钙钛矿薄膜。

图1. (a,b) 不同CsPbI3中间相含量的PbI2薄膜以及相对应的钙钛矿薄膜XRD谱图; (c) 不同PbI2薄膜的SEM图像; (d,f) 相对应的钙钛矿薄膜图片; (e) 粒径分布统计图


该工作发现,通过向PbI2前驱体溶液中加入CsPbI3溶液,能够在PbI2薄膜中形成δ-CsPbI3中间相。中间相的形成能够促进PbI2转化为钙钛矿,获得[001]取向更好的钙钛矿薄膜。钙钛矿晶粒能够随着δ-CsPbI3中间相的增加而逐步增大。作者结合实验及形核生长动力学分析,对δ-CsPbI3中间相诱导钙钛矿薄膜晶粒长大的机理进行了研究,为PbI2薄膜的二次形核提供了新见解。


通过对不同薄膜的荧光性能、光伏性能以及水氧稳定性进行系统的研究调查。作者发现,虽然δ-CsPbI3中间相能够诱导钙钛矿薄膜晶粒长大,但是过量的δ-CsPbI3中间相会导致δ相钙钛矿的生成,严重影响薄膜的荧光性能、光伏性能以及水氧稳定性。因此,δ-CsPbI3中间相的含量应该控制在10%以下,以避免δ相钙钛矿带来的不利影响。


本工作首次提出了δ-CsPbI3中间相辅助生长法,使用廉价的原料,简易的工艺,通过连续沉积法获得了高质量的Cs/FA/MA钙钛矿薄膜。为连续沉积薄膜制备技术的组分工程提供了新见解和新途径。


这一成果近期发表于Advanced Functional Materials 上,文章的第一作者是武汉大学硕士研究生汪少夫。通讯作者为江汉大学刘钰旻副研究员和武汉大学赵兴中教授。


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δ-CsPbI3 Intermediate Phase Growth Assisted Sequential Deposition Boosts Stable and High-Efficiency Triple Cation Perovskite Solar Cells

Shaofu Wang, Junjun Jin, Yuyang Qi, Pei Liu, Yu Xia, Yun Jiang, Rong‐Xiang He, Bolei Chen, Yumin Liu, Xing‐Zhong Zhao

Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201908343


刘钰旻博士简介


刘钰旻,江汉大学交叉学科研究院副研究员。2013年于武汉大学获得博士学位,同年入职江汉大学,研究领域为纳米功能材料在钙钛矿太阳能电池及锂离子电池等能源器件中的应用研究。在相关领域发表SCI论文50余篇,以第一作者或通讯作者在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Nano Energy、Journal of Materials Chemistry、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Power Sources、Nanoscale、Electrochimica Acta等期刊杂志发表SCI论文20余篇,累计引用1100余次,H因子21。


https://www.x-mol.com/university/faculty/75595


赵兴中教授简介


赵兴中,武汉大学物理科学与技术学院教授,博士生导师,国家杰出青年基金获得者,教育部长江学者特聘教授。主要研究方向为钙钛矿太阳能电池和微流控芯片医学检测方法研究。作为第一作者或与他人合作在国际权威科学期刊《Nature》(自然)、《Science》(科学)、以及《Advanced Materials》(先进材料)等国际重要学术刊物上发表论文四百多篇,H因子57。


https://www.x-mol.com/university/faculty/67344


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