POM｜多酸基金属有机框架材料构筑高效稳定的钙钛矿光电探测器

背景介绍

在过去的十几年中，利用太阳能发电的太阳能光伏装置引起了广泛的关注，钙钛矿基光电探测器因其优异的光电性能而在光伏发电领域脱颖而出。由于钙钛矿光伏器件独特的层状结构，对钙钛矿层的优化是研究中极为重要的一部分。影响钙钛矿层性能的重要因素是钙钛矿晶粒间的晶界，晶界的存在影响钙钛矿型光电探测器的效率和稳定性。添加剂工程是实现晶界钝化的有效途径。

成果简介

近日，东北师范大学多酸与网格材料化学教育部重点实验室陈维林教授课题组通过将缺位型多酸K₈[α-SiW₁₁O₃₉]·H₂O ({SiW₁₁})封装在有机金属框架（ZIF-8）中制备了多酸基金属有机框架材料SiW₁₁@ZIF-8。将其作为添加剂对钙钛矿层进行修饰，{SiW₁₁}不仅可调节钙钛矿层和电子传输层之间能级，而且由其形成的多酸复合材料与钙钛矿之间形成的氢键可有效钝化钙钛矿层的晶界。

图文导读

图1. SiW₁₁@ZIF-8和钙钛矿光电探测器的制备流程示意图

SiW₁₁分布在八面体结构ZIF-8的孔内。制造钙钛矿光电探测器时钙钛矿通过旋转滴涂在TiO₂层上。通过装置的横截面结构示意图和扫描电子显微镜显示，中间FTO衬底上的刻痕约为150 nm（图1）。

图2.钙钛矿层的结构示意图以及光电探测器的能级示意图

研究结果表明，SiW₁₁@ZIF-8通过氢键作用有效地钝化了钙钛矿层的晶界。同时通过测试和公式计算得到SiW₁₁@ZIF-8的能级位于−4.102~−9.252 eV，是{SiW₁₁}、ZIF-8和SiW₁₁@ZIF-8这三种材料中与TiO₂层和钙钛矿层的能级最匹配的一种（图2）。

图3. ZIF-8和SiW₁₁@ZIF-8的XPS谱图

用X射线光电子能谱（XPS）分析了掺杂{SiW₁₁}前后ZIF-8的化学成分变化和电子结构的轻微改变。研究结果表明，C 1s中两个峰和N 1s中两个峰的峰位均发生了轻微的位移，这种向较高能量的峰位移动表明｛SiW₁₁｝和ZIF-8之间存在静电相互作用，也证明了｛SiW₁₁｝是通过静电作用加载到ZIF-8的孔道内。

图4.钙钛矿光电探测器的性能示意图

SiW₁₁@ZIF-8掺杂的光电探测器光电流达到41.95 μA，与空白器件的光电流（14.41 μA）相比，光电流数值提高了两倍。掺杂光电探测器的最大光电流值从10%上升到90%的时间与空白光电探测器相比明显更短，更短的响应时间证明添加SiW₁₁@ZIF-8可以减少光电探测器中电子-空穴对的复合。

作者简介

陈维林，东北师范大学化学学院教授，博士生导师，多酸与网格材料化学教育部重点实验室副主任， Polyoxometalates期刊青年编委。目前在多酸化学领域已发表通讯作者SCI论文70余篇，代表性论文包括Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem., Int. Ed.、Nano Energy、Appl. Catal. B-Environ.、Sci. Bull.等， 其中Chem. Soc. Rev., 2019, 48, 260为ESI高被引论文。主持多项国家自然科学基金面上项目、青年基金和吉林省科技厅项目等。长期从事多酸化学的教学和科研工作，2013年主编《多酸化学》，科学出版社出版，已成为多所重点大学研究生教材。《多酸化学》获得2014年吉林省自然科学学术成果奖三等奖。2021年主持全球大型学分课程运营服务平台“智慧树”和中国大学MOOC_国家精品课程在线学习平台的《多酸化学》线上课程，是国内首个多酸化学线上课程，该课程网址为：https://coursehome.zhihuishu.com/courseHome/1000002696#teachTeam

https://www.icourse163.org/course/NENU-1466033161?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_

文章信息

S. Duan, X. Xu, W. Chen, et al. Grain boundaries passivation of high efficiency and stable perovskite photodetector by polyoxometalate-based composite SiW₁₁@ZIF-8. Polyoxometalates. 2022, 1: 9140003. https://doi.org/10.26599/POM.2022.9140003.

识别二维码或点击左下角“阅读原文”可访问全文

期刊简介

Polyoxometalates（《多金属氧簇（英文）》，ISSN 2957-9821）于2022年创刊，是清华大学主办，清华大学魏永革教授担任主编的国际首个多金属氧簇领域跨学科学术期刊，旨在传播多金属氧簇领域前沿基础研究和创新性应用研究最新进展，致力于为国内外多金属氧簇领域的学者搭建一流的国际学术交流平台，促进多金属氧簇领域学术交流和发展。Polyoxometalates发表内容涵盖多金属氧簇领域各方面的原创研究和综述论文，包括合成、组装、理论计算，基于多金属氧簇的超分子、分子器件及其它功能材料，以及多金属氧簇在催化、能源、环境、生物学和医学中的应用等。

欢迎各位老师踊跃投稿。

投稿请联系：

[e-mail]

欢迎访问官网了解更多信息

https://www.sciopen.com/journal/2957-9821