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压力调控有机无机杂化钙钛矿功能材料——优化的新途径

近年来,有机无机杂化钙钛矿功能材料由于其高的光电转换效率和低的成本而受到了广泛的关注和研究。目前,钙钛矿太阳能电池的效率已经突破22%,此外,杂化钙钛矿材料在光探测器和激光器等领域也显示出诱人的应用前景。然而该材料体系仍面临一些关键的挑战和问题,比如稳定性不够高,使用环境不友好的材料,以及对结构和性能关系的理解还不充分。近日,由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室西北大学内华达大学华盛顿卡内基研究院阿贡国家实验室高压合作研究会高压科学研究中心南方科技大学的科研人员组成的国际研究团队,通过高压技术和同步辐射等原位表征手段揭示了压力对有机无机杂化钙钛矿材料的调节作用,发现经过高压处理的样品具有更好的结构稳定性和更优异的光电性能。


压力作为一个基本的物理参量,可以通过改变原子排列来调节材料的结构和性质,结合原位表征技术增强我们对材料结构-性能关系的理解;而且,在高压条件下可以获得常规方法无法得到的新结构和独特性质,从而实现新材料的开发。研究人员采用金刚石对顶压腔产生几十万个大气压的高压,结合同步辐射X射线衍射、原位电阻和光电流等测试方法,以及理论模拟计算对有机无机杂化钙钛矿材料的结构和性能进行了系统的研究。在第一轮加压过程中,CH3NH3SnI3钙钛矿材料在3 GPa左右发生压力诱导的非晶化,卸压后又会变回钙钛矿晶体相;而在第二轮加压过程中,并未观察到非晶化现象,而是发生压力诱导的晶体结构转变。更重要的是研究人员发现经过高压处理的样品显示出比原材料更高的电子电导和更优的可见光相应能力。该发现表明高压有望作为一个有效的途径进一步优化杂化钙钛矿材料的结构和光电性能,并为解决其稳定性问题提供新思路。


这一成果近期发表在Advanced Materials上, 文章第一作者吕旭杰博士


该论文作者为:Xujie Lü, Yonggang Wang, Constantinos C. Stoumpos, Qingyang Hu, Xiaofeng Guo, Haijie Chen, Liuxiang Yang, Jesse S. Smith, Wenge Yang, Yusheng Zhao, Hongwu Xu, Mercouri G. Kanatzidis, Quanxi Jia

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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201600771/abstract

Enhanced Structural Stability and Photo Responsiveness of CH3NH3SnI3 Perovskite via Pressure-Induced Amorphization and Recrystallization

Adv. Mater., 2016, 28, 8663-8668, DOI: 10.1002/adma.201600771


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