低晶界迁移活化能:溶剂蒸汽退火法中关键的中间相增大钙钛矿晶粒的作用机制

详细信息    查看官网全文

• 论文作者：肖爽 ; 白阳 ; 杨世和
• 年：2017
• 作者机构：香港科技大学;
• 论文关键词：钙钛矿型太阳能电池 ; 溶剂蒸汽退火法 ; 晶粒粗化 ; 溴元素嵌入 ; 活化能
• 会议召开时间：2017-05-27
• 会议录名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集
• 英文会议录名称：Abstract Book of the 4th Conference on New Generation Solar Cells
• 语种：中文
• 分类号：TB383.1;TM914.4
• 学会代码：ZKYQ
• 会议名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会
• 会议地点：中国北京
• 主办单位：中国可再生能源学会光化学专业委员会
• 学会名称：中国科学院物理研究所清洁能源实验室
• 页数：1
• 文件大小：882k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

通过研究钙钛矿薄膜在二甲基亚砜溶剂蒸汽中退火期间的晶体演变,我们观察到了MA_2Pb_3I_8(DMSO)_2这种纳米棒结构的中间相物质产生。随后,我们使用飞行时间二次离子质谱确定了该中间相存在于钙钛矿晶界中。通过以上证据,一种基于MA_2Pb_3I_8(DMSO)_2中间相辅助的晶界迁移机制被提出:在溶剂蒸汽环境中,二甲基亚砜能与晶界处的碘化铅甲胺化合形成MA_2Pb_3I_8(DMSO)_2;由于钙钛矿薄膜处于加热状态,该中间相基于溶剂蒸汽的形成与热分解过程会同时发生;又由于大晶体侧表面能低于小晶体侧表面能,该分解反应速率在大晶体侧低于小晶体侧,导致晶界由大晶体侧向小晶体侧迁移。通过进一步理论计算可以得知在溶剂蒸汽环境内晶界迁移所需活化能比在惰性气体环境中低约0.13电子伏特。晶界迁移理论说明,热力学上钙钛矿更倾向于形成大的晶粒。相比较在溶剂蒸汽环境中能够形成大晶粒的现象,这说明在惰性气体环境中难以形成大的钙钛矿晶粒的主要问题在于其缓慢的晶界迁移过程。应用该原理,我们团队率先将溴化甲胺蒸汽引入二甲基亚砜蒸汽中,以达到进一步加速晶界迁移和向钙钛矿晶体中嵌入溴元素的效果。采用新的溶剂蒸汽退火方法获得的钙钛矿晶体具有比原方法更大的晶体尺寸,并且能够获得在薄膜中均匀分布的溴元素,形成均匀的共混钙钛矿。应用该方法,课题组成功将通常方法制备的钙钛矿电池的效率由15.13%提升到17.64%。该工作中提出的中间相辅助晶界迁移原理提供了一个控制介观薄膜生长的新方案。同时也为生长钙钛矿纳米棒指出了一条令人感兴趣的途径。

引文

[1]S.Xiao,Y.Bai,X.Y.Meng,T.Zhang,H.N.Chen,X.L.Zheng,C.Hu,Y.Q.Quan&S.H.Yang*,Adv.Funct.Mater,2017,27,1604944.