【复材信息】钙钛矿太阳能电池再次发送Science！！！

06-24 08:24

科学背景

甲虫碘化铅(FAPbI3)是一种钙钛矿材料，常用于光伏器件，其中甲虫（FA）、羟基胺（MA）和铯离子（Cs ）A位正离子是常用的。FA表现出较低的带隙，而不是MA。（Eg）、提高光电特性，提高热稳定性。与较低对称的MAPbI3四方晶格相比，FA正离子的较大尺寸导致FAPbI3形成Pm3m立方钙钛晶格。较低的FAPbI3Eg值源于PbI3 6s-I 高度重叠的5p轨道和八面体倾斜减少。FAPbI3的晶格呈现多态网络结构，高对称结构源于局部低对称(扭曲)构造基元的随机分布。FAPbI3α在室温下，相(即黑相)的平均晶格参数值为6.352至6.365。Å，它的高对称性牺牲了相稳定性。通过A位合金FA和Cs、MA或者两者，可以减少FAPbI3的有效A位半径，提高常温下的稳定性，但是会导致带隙扩大。

创新成果

最近，美国莱斯大学的Aditya D. 法国国家应用科学院的Mohite教授和Jackyy 通过在FAPbI3前体水溶液中引入预合成的二维钙钛矿种子，Even教授可以在较低的温度下形成黑相FAPbI3。在薄膜形成过程中，2D钙钛矿首先形成核，然后在2D结构上形成3D钙钛矿，这是由于其低产量和室温下的稳定性，从而实现了3D钙钛矿在2D相上的优先生长。最后得到的FAPbI3薄膜表现出较低的能隙。（Eg）并且在恶劣情况下具有优异的耐久性，完成了0.5cm2设备面积24.1%的光电转换效率。该研究结果证实了利用二维钙钛矿模板生长3D钙钛矿的新设计策略，为今后的研究和应用提供了新的概率。这项工作发表在Science上，名为“Two-dimensional perovskite templates for durable, efficient formamidinium perovskite solar cells”。

图1、FAPbI3二维钙钛晶格模板的设计原理及概念验证 @2024 AAAS

图2、FAPbI3成膜机制稳定。 @2024 AAAS

图3、FAPbI3薄膜非原点结构表征稳定 @2024 AAAS

图4、FAPbI3薄膜相对稳定的光学特性 @2024 AAAS

图5、FAPbI3设备2D稳定性能 @2024 AAAS

科学启迪

这个结果完成了一个新颖的方法，δ-到达FAPbI3α-在FAPbI3转换温度较低的情况下，可以实现FAPbI3高度稳定的黑相。包含相关WAXS在内的详细表征、光吸收和光致发光，表明黑相FAPbI3表现出与底层二维钙钛矿D(011)表面间隔相对应的晶格常数。FAPbI3薄膜最终表现为1.48 在恶劣环境下，eV的能隙表现出异常的耐久性，为0.5 cm2的设备面积是p-i-n设备结构完成了令人惊叹的24.1%光电转换效率。这就证明了一种新的设计策略，采用2D钙钛矿生长3D钙钛矿。估计这一策略可能不仅限于钙钛矿，还可能使用其他具有可比晶格常数的分子和有机系统来生产外延动力学稳定的材料。

原文详情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq6993

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