铋基[HC(NH2)2]3Bi2I9钙钛矿的合成及其光伏器件性能评价

王恩来， 吴炎淼， 李心雨， 陈君华,， 张大朋， 闫浩然,*

(1.安徽科技学院 化学与材料工程学院，安徽 凤阳 233100；2.安徽鑫民玻璃股份有限公司，安徽 凤阳 233100)

2009年以来,有机-无机杂化的铅卤钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)的光电转换效率在数年间取得了突飞猛进的提升。作为一种新型的薄膜太阳能电池,其具有制备工艺简单、成本较低、转换效率高等优势,逐渐成为最具商业化应用潜力的“明星”。然而,目前性能最佳的钙钛矿太阳能电池的光吸收层仍以铅卤钙钛矿材料为主。铅(Pb)作为重要的有毒重金属污染物之一,钙钛矿器件中铅的存在无疑会增加电池在使用或者回收过程中,对土壤和水污染产生源的可能性。因此,利用其它无毒或低毒元素来替代Pb,制备得到对环境更友好的无铅钙钛矿材料显得尤为重要。由于锡(Sn)和锗(Ge)与Pb是同族元素,化学性质有一定的相似性,用Sn或Ge来替代Pb是解决重金属毒性问题的有效途径之一。有研究报道,Babayigit等以碘化亚锡(SnI)和碘甲胺(CHNHI,MAI)来制备锡基钙钛矿材料,器件效率达到了6.4%;Jokar等用碘甲脒(HC(NH)I,FAI)和SnI,通过引入添加剂进行表面钝化和晶体松弛处理,提高锡基钙钛矿型太阳能电池的器件性能和耐久性,所制备的FASnI钙钛矿太阳能电池效率达到了8.9%。但是对于Sn和Ge而言,在制备过程中非常容易被氧化成Sn和Ge,这个原因致使此类钙钛矿材料稳定普遍较差。除此之外,考虑到铅离子属于6p区阳离子,那么寻找与铅同区的阳离子来替代铅也是一个可行策略。铋离子(Bi)显然是符合这种条件的阳离子之一,同时,它还具有相对较低的外s轨道能量,6s轨道的未共用电子对能够提高其稳定性。……