引言

盡管有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率在短短十年時(shí)間取得了迅速的增長(zhǎng)，但它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用條件下的低穩(wěn)定性阻礙了它們的商業(yè)化應(yīng)用。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在常見(jiàn)的環(huán)境條件下分解成前驅(qū)體材料。其他現(xiàn)象例如氧互穿和光照誘導(dǎo)的離子遷移不僅降低前驅(qū)體材料的穩(wěn)定性，而且導(dǎo)致電流-電壓曲線的反常遲滯。分解條件如何改變雜化鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)、形貌和物理性質(zhì)從原子尺度和納米尺度難以解釋。因此，開(kāi)發(fā)揭示鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的原子結(jié)構(gòu)的方法很重要。然而，目前對(duì)分解機(jī)理的理解很大程度上受限于使用X射線衍射、中子衍射、選區(qū)電子衍射和表面敏感技術(shù)。盡管透射電鏡（TEM）被用于研究鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的宏觀形貌，但原子級(jí)分辨率成像依然具有挑戰(zhàn)性。

成果簡(jiǎn)介

斯坦福大學(xué)崔屹教授與WahChiu（共同通訊作者）在能源類期刊Joule報(bào)道了用冷凍電鏡保護(hù)非常敏感的鈣鈦礦-甲基胺碘化鉛（MAPbI3）來(lái)進(jìn)行原子級(jí)分辨率成像。他們發(fā)現(xiàn)短暫的紫外光照射后碘化鉛納米顆粒沉積在MAPbI3納米線表面和MAPbI3納米線表面暴露在空氣中10秒后變粗糙，而這些現(xiàn)象用X射線衍射是看不到的。他們對(duì)臨界電子劑量進(jìn)行定義，并確定了MAPbI3低溫條件下的臨界電子劑量。這些結(jié)果突出了冷凍電鏡的重要性，因?yàn)橐酝募夹g(shù)不能捕獲MAPbI3形貌和結(jié)構(gòu)的納米尺度的變化。

圖文導(dǎo)讀

圖1.用冷凍電鏡保護(hù)和穩(wěn)定雜化鈣鈦礦

(A)雜化鈣鈦礦在高能電子束、紫外光和水汽作用下分解成前驅(qū)體材料；

(B)被電子束破壞的MAPbI3納米線的TEM圖像；

(C) MAPbI3納米線的低電子劑量成像；

(D) 使用急凍方法穩(wěn)定了原始（或者紫外線/水汽暴露后）的鈣鈦礦納米線；

(E和G) MAPbI3 (E)和MAPbBr3 (G) 的TEM圖像；

(F和H) MAPbI3 (F)和MAPbBr3 (H) 的原子級(jí)分辨率TEM圖像。

圖2 電子輻射損傷的測(cè)量和定量

(A–C) 不同累計(jì)電子照射量下MAPbI3的高分辨率TEM圖像的傅立葉變換圖像；

(D) 分辨率高于2 ?的峰的峰強(qiáng)隨電子劑量的變化圖。

圖3.MAPbI3在紫外光照射下的分解

(A)被紫外光照射0 、15、30和60 分鐘后的MAPbI3的X射線衍射圖；

(B–D)被紫外光照射15(B)、30(C)和60(D) 分鐘后的MAPbI3納米線的冷凍電鏡圖像。

圖4. MAPbI3 在水汽作用下的分解

(A)在室溫和40%的相對(duì)濕度的環(huán)境中不同時(shí)間的MAPbI3納米線薄膜的照片；

(B–G)和水汽接觸10秒（B和C)）、45分鐘（D和E)）和2小時(shí)(F和G) 后的MAPbI3納米線的冷凍電鏡圖；

(H)MAPbI3在水汽中分解的納米尺度的機(jī)理。

小結(jié)

作者團(tuán)隊(duì)用冷凍電鏡看到了MAPbI3 納米線的原子級(jí)分辨率圖像，并用急凍方法穩(wěn)定并在納米尺度揭示了MAPbI3在紫外光和水汽作用下的分解過(guò)程，為提高鈣鈦礦的穩(wěn)定性起到指導(dǎo)性的作用。

文獻(xiàn)鏈接：Unravelling Degradation Mechanisms and Atomic Structure of Organic-Inorganic Halide Perovskites by Cryo-EM

（Joule,2019,DOI:10.1016/j.joule.2019.08.016 ）

本文由kv1004供稿。