開發(fā)具有垂直取向的二維(2D)鈣鈦礦薄膜是利用這些材料實現(xiàn)高性能太陽能電池的關(guān)鍵。近日，美國普林斯頓大學(xué) Yueh-Lin Loo報道了一種異丙醇（IPA）溶劑蒸汽退火（SVA）的通用后沉積策略，以以誘導(dǎo)廣泛的2D鈣鈦礦的擇優(yōu)垂直取向和促進(jìn)晶粒生長。

研究人員首先通過(PEA)₂(MA)₄Pb₅I₁₆模型證明了這種結(jié)構(gòu)重排，發(fā)現(xiàn)這種擇優(yōu)的垂直取向可以減少體缺陷和表面缺陷，改善鈣鈦礦和電子傳輸層界面的電荷輸運(yùn)和電荷轉(zhuǎn)移。

研究人員沒有觀察到可能導(dǎo)致SVA的低n相或3D相引入的成分漂移。實驗結(jié)果顯示，溶劑蒸氣增塑了2D鈣鈦礦薄膜，促進(jìn)了其表面誘導(dǎo)重取向和伴隨的顆粒生長，從而增強(qiáng)了平面外的電荷傳輸。通過溶劑蒸汽退火 (PEA)₂(MA)₄Pb₅I₁₆制備的PSCs的平均PCE從10.1%提高到15.3%。

這一沉積后策略還在其他2D鈣鈦礦體系中誘導(dǎo)了強(qiáng)烈的擇優(yōu)垂直取向和晶粒生長，包括層間距較小的、DJ型和混合陽離子等體系，證明了該策略的通用性。由SVA處理(BDA)(Cs_0.1FA_0.9)₄Pb₅I₁₆組成的PSC的NREL認(rèn)證的PCE為(18.00 ± 0.30)%，這是迄今為止，所報道的具有2D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（n≤5）PSCs得最高PCE值。此外，以SVA處理過的2D鈣鈦礦為有源層的PSCs具有優(yōu)異的濕度、熱穩(wěn)定性和操作穩(wěn)定性。

 

Xiaoming Zhao, et al, Accessing Highly Oriented Two-Dimensional Perovskite Films via Solvent-Vapor Annealing for Efficient and Stable Solar Cells, Nano Lett., 2020

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03914