于华团队和陈志刚课题组合作通过A位阳离子工程调节二维RP型钙钛矿的结晶取向实现了15.41%的光电转换效率

太阳能因其分布广泛、资源丰富、清洁无污染等特点而备受关注。钙钛矿作为一种新兴的光电转换材料，由于其优异的光电性能、易于制备和可接受的成本，引发了研究者广泛的研究兴趣。尽管三维钙钛矿在光电转换效率上取得了惊人的进展，但三维钙钛矿的水分稳定性不理想，这阻碍了其实际应用。因此，具有良好湿稳定性的二维钙钛矿被认为是解决这一现实问题的潜力材料。

由于容忍因子的限制，只有少量的阳离子如FA⁺、Cs⁺和MA⁺被允许进入到三维钙钛矿的八面体空位中，形成稳定的立方晶体结构。而最近的研究表明，二维Ruddlesden-Popper钙钛矿具有更宽的容差因子范围，允许更大的阳离子能进入钙钛矿的八面体空隙而不破坏其晶体结构。乙胺（EA）在容限因子之外，仍能形成稳定的二维层状钙钛矿。此外，一系列尺寸较大的阳离子，如丙胺（PA）和二甲胺（DA）被发现能够进入二维钙钛矿的八面体空隙，这赋予了这些材料多样化的组成可调性和巨大的潜力。然而，所报道的研究主要集中在证明这些大分子可以进到二维钙钛矿的八面体空位，而较少关注大分子的掺入对相应低维钙钛矿的光电行为和晶体生长取向的影响，尤其是晶体生长取向的影响。此外，目前报道的A位混合二维钙钛矿表现出相对较低的光电转换效率。

图1 Gua⁺进入八面体及其对二维钙钛矿生长取向调控的示意图。

西南石油大学于华团队和昆士兰科技大学陈志刚课题组使用大体积的Gua⁺对二维钙钛矿BA₂MA₃Pb₄I₁₃中八面体位置的MA⁺阳离子进行了部分替换，获得了定向生长、光电性能卓越的二维钙钛矿薄膜。通过XRD及GIWAXS表征了其结晶生长取向，得出Gua⁺的引入促进了二维钙钛矿的定向生长，而定向生长的二维钙钛矿提升了载流子的传输性能。通过PL、TRPL、SCLC、M-S等表征了Gua⁺的引入对薄膜光电行为的影响，得出Gua⁺的引入减少了二维钙钛矿薄膜的缺陷抑制了薄膜内部的非辐射复合促进了光生载流子的传输。缺陷少、薄膜质量较好的二维钙钛矿提升了电池的稳定性。

该成果以“A-site cation engineering enables oriented Ruddlesden-Popper perovskites towards efficient solar cells”为题，最新在线发表于Science China Chemistry上（doi:10.1007/s11426-022-1349-6）。点击左下角“阅读原文”，可免费阅读和下载全文。

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