三維有機-無機複合鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)由於其優異的能量轉換效率(PCE)、低成本和低溫溶液可加工性而引起了人們的極大興趣。在過去的幾年裡，3D有機-無機複合鈣鈦礦太陽能電池的PCE從3.8%迅速增加到25.5%，非常接近記錄的單晶矽太陽能電池。然而，由於其固有的結構特性，3D鈣鈦礦太陽能電池的PCE仍然很高。
來自中山大學的學者研究表明，基於2-二乙氨基乙基氯化陽離子的一維鈣鈦礦結構可以作為模板誘匯出一維@三維鈣鈦礦結構，從而使鈣鈦礦薄膜的表面結構更加光滑，電荷載流子壽命更長，殘餘拉應變更小，表面缺陷密度降低。在此基礎上，實現了高效率、高穩定性的1D@3DPSC，重複性好，在標準AM1.5G單日照條件下的功率轉換效率(PCE)達到22.9%。在環境空氣、85°C和光照條件下，未封裝的最佳化器件分別在2100、2200和2200h內保持了94.7%、92.4%和90.0%的初始PCE。相關論文以“Perovskitoid-Templated Formation of a 1D@3D Perovskite Structure toward Highly Efcient and Stable Perovskite Solar Cells”標題發表在Advanced Energy Materials。
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https://doi.org/10.1002/aenm.202101018
圖1.a-c)沿不同方向觀察的DEAECPbI3鈣鈦礦的晶體結構。D)計算和實驗了DEAECPbI3晶體的XRD圖譜。E)不同濃度DEAECCl的鈣鈦礦薄膜(100℃退火40min)的X射線衍射圖譜。F)從(E)中提取的(001)/(011)X射線衍射峰強度比。G)不同溫度下退火的鈣鈦礦薄膜的X射線衍射圖譜。H)DEAECCl、DEAECClPbI2、DEAECCl FAI、FAIPbI2和FAI在DMSO-d6溶液中的1H NMR譜。標記了對應於H2O(#)和DMSO(*)的峰。I-L)未加(對照)和不同DEAECCl濃度的鈣鈦礦膜的頂視掃描電鏡影象。M)用20%DEAECCl得到的1D@3D鈣鈦礦的HRTEM影象。
圖2.a，b)鈣鈦礦型微致發光的高解析度微致發光成像(25×25µm)。C)鈣鈦礦薄膜的SSPL譜和d)TRPL譜。(E)鈣鈦礦型薄膜的Pb 4f芯能級光譜的XPS。F)玻璃/ITO/SnO2/鈣鈦礦/PCBM/Ag結構的純電子器件的暗J-V曲線。用C-AFM採集的鈣鈦礦型薄膜在偏置電壓為1V時的形貌(左)和電流(右)分佈圖(g，h)。
圖3。a，b)鈣鈦礦型薄膜在不同傾角下的GIXRD譜和c)2θ-sin2(ψ)的線性鈣鈦礦薄片。D)1D@3D鈣鈦礦薄膜模板化生長過程示意圖。
圖4.a)具有不同DEAECCl濃度的PSC的光伏引數的統計分佈。B)正反向掃描測量含1%DEAECCl的PSCs的J-V曲線。C)EQE譜和d)器件的光強相關VOC。E)開路條件下無密封器件在相對溼度為5-10%的環境下的穩定性。
圖5.a，b)鈣鈦礦型微球在相對溼度為50%RH(相對溼度)的環境條件下老化24小時後的拓撲(左)和IR(右，記錄在1469cm−1處，對應於MA的對稱NH3彎曲)影象(2×2µm2)。c，d)鈣鈦礦薄膜在85°C N2環境中和≈50%RH條件下老化10天后的X射線衍射圖譜。
綜上所述，本文引入了一種新的大分子有機銨鹽DEAECCl來製備一維鈣鈦礦結構的DEAECPbI3，它可以作為生長一維@三維鈣鈦礦結構的模板，得到晶體質量高、穩定性提高的閃亮薄膜。結果表明，該器件在常溫、85℃和光照下老化2000h後，PCE達到了22.9%，保持了初始PCE的90%以上。（文：SSC）
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