Adv. Mater. 壓力誘導非晶化和重結晶提高CH3NH3SnI3穩定性和光響應

lyh_wv 7年前 (2016-08-19) 4788瀏覽

引語:

基于有機-無機雜化鹵化物鈣鈦礦太陽能電池獲得了極大的關注。電池效率在2012年中期報道為9.7%，到2015年已經超過20%。然而，這些高的轉換效率往往是在低穩定性下獲得的，這主要是與雜化鈣鈦礦結構的不穩定有關。在有機金屬鹵化物鈣鈦礦家族中，CH3NH3PbI3以及CH3NH3PbI3?xBrx是研究最透徹的，也取得了極好的光伏性能。然而，在這些化合物中，使用鉛作為一個組成部分存在毒性問題，并在器件制造、處理等過程中帶來潛在的環境問題。為了避免這個問題，研究人員合成了無鉛錫鹵化物鈣鈦礦（例如，CH3NH3SnI3）作為光吸收劑。至目前為止，已發展了各種化學方法來改善鈣鈦礦吸收劑的結構和光電性能，實際上這些化學處理確實也起到了預期的提高光伏效率的作用，然而穩定性的問題仍然存在。

另一方面，近年來，高壓技術已被廣泛應用于各種材料的物理和化學性質的改進，并進一步運用于了解結構與性能的關系，此外高壓的研究也用于提高新材料的某些性能，這些性能是傳統技術無法實現。到目前為止，只有一些研究是在高壓下研究有機鹵化物鈣鈦礦結構，揭示非晶化再結晶現象。然而，卻從沒有研究集中于原始樣品和高壓處理的樣品之間的性能差異。

成果簡介：

在本文中，美國內華達大學拉斯維加斯分校/中國南方科技大學的趙予生教授、洛斯阿拉莫斯國家實驗室Hongwu Xu博士、美國西北大學的Kanatzidis教授以及洛斯阿拉莫斯國家實驗室Quanxi Jia博士（共同通訊作者）首次對比了在30GPa高壓處理前后，無鉛錫鹵化物鈣鈦礦CH3NH3SnI3的結構穩定性、導電性和光響應。并且通過XRD、拉曼光譜、電阻和光電流的測量，表征了壓力驅動的相轉變以及相關的電學和光電性能的演化。研究揭示了通過壓力誘導非晶化和再結晶過程，提高了CH3NH3SnI3的結構穩定性，增加導電性以及增強了光響應。因此，這項工作不僅首次提供了在高壓處理前后，CH3NH3SnI3結構穩定性和光電性能的對比研究，而且在更廣泛的層面上，為理解有機無機雜化鈣鈦礦的局部結構與電學性質之間基本關系，開辟了一個新視角。

圖文導讀：

圖1、在高壓下MASnI3的結構原位表征a）MASnI3的晶體結構。b）在六個選定的壓力下，二維同步輻射XRD圖像。c）在兩個連續的壓縮?減壓循環中，MASnI3的一維集成XRD花樣。