浙江大学陈红征团队通过组分和溶剂工程制备了高效且热稳定的ACI型二维钙钛矿太阳电池

近年来，有机-无机杂化钙钛矿材料因其合适的光学带隙，简单的制备方法而受到研究者们的广泛关注，目前三维钙钛矿太阳电池（3D PVSCs）效率已经超过23%。但是由于其较差的稳定性，研究者逐渐将视线转移到具有更佳湿度稳定性的二维（2D）钙钛矿太阳电池领域。经过数年的发展，RP（Ruddlesden-Popper）型2D PVSCs效率已经超过15%。在这类钙钛矿材料中，大体积的疏水铵盐（如苯乙胺和丁胺）的引入，虽然增加了材料的稳定性，但也限制了载流子的迁移距离。ACI（alternating cations in the interlayer space）型2D钙钛矿材料是最近报道的一种新型钙钛矿材料，其间隙层由较小体积的胍胺离子和甲胺离子组成，与RP型2D钙钛矿材料相比，具有更小的激子结合能以及更窄的光学带隙，更加适用于太阳电池的制备，但是目前器件效率较低。

近期，浙江大学陈红征课题组通过添加剂工程及疏水苯乙胺氢碘酸盐部分取代碘甲胺氢碘酸盐的方法，实现了湿稳定性和热稳定性平衡的ACI 2D PVSCs，效率达到10.12%。从图1中可以看到，随着添加剂含量增加，薄膜质量和结晶度大幅提高。在添加剂含量为0.3 硫氰酸甲铵时，电池效率可以由3.63%提高到9.05%。再用少量的苯乙胺取代甲胺离子，不仅提高了材料的疏水性，而且起到了钝化薄膜的作用，效率由9.05%提高到10.12%，开路电压由1.02 V提高到1.1 V（图2a）。

图1. 不加添加剂(a)和最佳添加剂含量(b)退火后的(GAMA)MA₂Pb₃I₁₀薄膜SEM照片，标尺均为1 mm。不同添加剂含量的(GAMA)MA₂Pb₃I₁₀薄膜的XRD图谱(c)和相应的器件J-V曲线(d)。

图2. (a) 添加剂和PEA取代(GAMA)MA₂Pb₃I₁₀薄膜对应的器件J-V曲线；(b) 器件湿度稳定性对比；(c) 器件热稳定性对比。

基于新型的胍胺-苯乙胺-甲胺混合间隙离子二维钙钛矿材料制备的太阳电池器件，相比于3D钙钛矿太阳电池展示了大幅提高的热稳定性和湿稳定性；和RP型二维钙钛矿相比，也有更好的热稳定性和相当的湿度稳定性（图2b-c）。以上结果表明，组分和添加剂工程是提高ACI型二维钙钛矿太阳电池效率和稳定性的有效途径。

详见：Zhang Y, Chen J, Lian X, Yang W, Li J, Tian S, Wu G, Chen H. Highly efficient and thermal stable guanidinium-based two-dimensional perovskite solar cells via partially substitution with hydrophobic ammonium. Sci. China Chem., 2019, doi: 10.1007/s11426-018-9435-6

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