有機-無機鈣鈦礦最新Science:探討堿金屬陽離子添加量與鹵素分布的關系

【引言】

目前已錄得最高轉換效率的鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）是由混合的甲胺等有機陽離子和混合的溴、碘等鹵素陰離子制備形成的。研究人員發現，調控有機/無機離子的化學計量數是實現高效光電流的關鍵。然而，前驅體的化學計量數的調控以及堿金屬的引入對改善材料性能、穩定性等方面的機理探索依然還處在起步階段。

【成果簡介】

近期，美國麻省理工學院的J.-P. Correa-Baena、T. Buonassisi和加州大學圣地亞哥分校的D. P. Fenning（共同通訊作者）等人利用納米分辨率級的繪圖成像技術闡釋了鈣鈦礦中堿金屬的元素分布及其對材料電子學性質以及器件性能的影響。研究人員利用基于同步加速器的納米尺度X射線熒光成像（n-XRF）繪制了多離子鈣鈦礦的元素分布，實驗發現隨著碘化銫或者碘化銣/碘化銫混合物的引入，鹵素分布變得更加均勻。瞬態吸收光譜也表明，相比起碘化銣/碘化銫鈣鈦礦，沒有引入堿金屬碘化物的鈣鈦礦薄膜在電荷載流子動力學上也表現出更加明顯的異質性。研究還進一步發現，少量堿金屬的引入雖然能夠使得鹵素分布更加均一，然而當堿金屬的加入量超過1%（化學計量數）時，就會容易形成第二相富含堿金屬的聚集體，從而誘導載流子在堿金屬簇上復合重組。因此，該項研究對于調控堿金屬鹵化物的添加量具有指導性意義。2019年02月08日，相關成果以題為“Homogenized halides and alkali cation segregation in alloyed organic-inorganic perovskites”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 鈣鈦礦薄膜以及太陽能電池表征

圖2 鹵素分布表征

圖3 鈣鈦礦中銣的元素分布表征

圖4鈣鈦礦中銣聚集體的化學本質和電子學性質

文獻鏈接：Homogenized halides and alkali cation segregation in alloyed organic-inorganic perovskites（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aah5065）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿，材料牛編輯整理。

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