Adv. Mater. 压力诱导非晶化和重结晶提高CH3NH3SnI3稳定性和光响应

lyh_wv 8年前 (2016-08-19) 5915浏览

引语:

基于有机-无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池获得了极大的关注。电池效率在2012年中期报道为9.7%，到2015年已经超过20%。然而，这些高的转换效率往往是在低稳定性下获得的，这主要是与杂化钙钛矿结构的不稳定有关。在有机金属卤化物钙钛矿家族中，CH3NH3PbI3以及CH3NH3PbI3−xBrx是研究最透彻的，也取得了极好的光伏性能。然而，在这些化合物中，使用铅作为一个组成部分存在毒性问题，并在器件制造、处理等过程中带来潜在的环境问题。为了避免这个问题，研究人员合成了无铅锡卤化物钙钛矿（例如，CH3NH3SnI3）作为光吸收剂。至目前为止，已发展了各种化学方法来改善钙钛矿吸收剂的结构和光电性能，实际上这些化学处理确实也起到了预期的提高光伏效率的作用，然而稳定性的问题仍然存在。

另一方面，近年来，高压技术已被广泛应用于各种材料的物理和化学性质的改进，并进一步运用于了解结构与性能的关系，此外高压的研究也用于提高新材料的某些性能，这些性能是传统技术无法实现。到目前为止，只有一些研究是在高压下研究有机卤化物钙钛矿结构，揭示非晶化再结晶现象。然而，却从没有研究集中于原始样品和高压处理的样品之间的性能差异。

成果简介：

在本文中，美国内华达大学拉斯维加斯分校/中国南方科技大学的赵予生教授、洛斯阿拉莫斯国家实验室Hongwu Xu博士、美国西北大学的Kanatzidis教授以及洛斯阿拉莫斯国家实验室Quanxi Jia博士（共同通讯作者）首次对比了在30GPa高压处理前后，无铅锡卤化物钙钛矿CH3NH3SnI3的结构稳定性、导电性和光响应。并且通过XRD、拉曼光谱、电阻和光电流的测量，表征了压力驱动的相转变以及相关的电学和光电性能的演化。研究揭示了通过压力诱导非晶化和再结晶过程，提高了CH3NH3SnI3的结构稳定性，增加导电性以及增强了光响应。因此，这项工作不仅首次提供了在高压处理前后，CH3NH3SnI3结构稳定性和光电性能的对比研究，而且在更广泛的层面上，为理解有机无机杂化钙钛矿的局部结构与电学性质之间基本关系，开辟了一个新视角。

图文导读：

图1、在高压下MASnI3的结构原位表征a）MASnI3的晶体结构。b）在六个选定的压力下，二维同步辐射XRD图像。c）在两个连续的压缩−减压循环中，MASnI3的一维集成XRD花样。