二维钙钛矿热稳定性研究

杨 波,严小亮,胡 书,张 洋,盛传祥,李 衡

(南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094)

近年来,有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿太阳能电池的发展极为迅速,其光电转换效率(Photoelectric conversion efficiency,PCE)从最初的3.8%迅速地提高到25.2%[1-5]。以钙钛矿材料作为工作层的太阳能电池与其它太阳能电池相比具有制造工艺简单和光电转换效率高等优势。尽管科研人员在器件制备技术上已经取得了极大的进展,但钙钛矿材料的长期不稳定性仍是其进行大规模应用的最大障碍之一[6-11]。

有机-无机杂化二维钙钛矿材料由具有疏水特性的有机分子和无机基团自组装构成。材料中的无机组分以共价键或离子键的方式构成框架,用较大的有机组分取代较小的有机组分,无机层在某一方向中断连接,形成无机和有机组分交替堆叠的结构。在这个过程中会形成多量子阱结构,这些量子阱使得二维钙钛矿的电子结合能大于三维钙钛矿[12],因而二维钙钛矿材料在空气中的稳定性要优于三维钙钛矿[13]。同时基于二维钙钛矿的光电池能量转换效率也已经接近20%,使得二维钙钛矿成为最近的研究热点[14]。最近研究发现三维钙钛矿材料与导电衬底之间的电荷转移可能降低其热稳定性,促进材料的分解[15]。因此,更深入地研究二维钙钛矿材料热稳定性对于提升钙钛矿的稳定性以及推动钙钛矿太阳能电池在人们生活中的应用具有重大意义。

本文分别以玻璃和氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)为衬底制备了(PEA)2(CH3NH3)n-1[PbnI3n+1]n=1和3的薄膜,PEA=C6H5(CH2)2NH3。……