三维有机-无机复合钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其优异的能量转换效率(PCE)、低成本和低温溶液可加工性而引起了人们的极大兴趣。在过去的几年里，3D有机-无机复合钙钛矿太阳能电池的PCE从3.8%迅速增加到25.5%，非常接近记录的单晶硅太阳能电池。然而，由于其固有的结构特性，3D钙钛矿太阳能电池的PCE仍然很高。
来自中山大学的学者研究表明，基于2-二乙氨基乙基氯化阳离子的一维钙钛矿结构可以作为模板诱导出一维@三维钙钛矿结构，从而使钙钛矿薄膜的表面结构更加光滑，电荷载流子寿命更长，残余拉应变更小，表面缺陷密度降低。在此基础上，实现了高效率、高稳定性的1D@3DPSC，重复性好，在标准AM1.5G单日照条件下的功率转换效率(PCE)达到22.9%。在环境空气、85°C和光照条件下，未封装的优化器件分别在2100、2200和2200h内保持了94.7%、92.4%和90.0%的初始PCE。相关论文以“Perovskitoid-Templated Formation of a 1D@3D Perovskite Structure toward Highly Efcient and Stable Perovskite Solar Cells”标题发表在Advanced Energy Materials。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/aenm.202101018
图1.a-c)沿不同方向观察的DEAECPbI3钙钛矿的晶体结构。D)计算和实验了DEAECPbI3晶体的XRD图谱。E)不同浓度DEAECCl的钙钛矿薄膜(100℃退火40min)的X射线衍射图谱。F)从(E)中提取的(001)/(011)X射线衍射峰强度比。G)不同温度下退火的钙钛矿薄膜的X射线衍射图谱。H)DEAECCl、DEAECClPbI2、DEAECCl FAI、FAIPbI2和FAI在DMSO-d6溶液中的1H NMR谱。标记了对应于H2O(#)和DMSO(*)的峰。I-L)未加(对照)和不同DEAECCl浓度的钙钛矿膜的顶视扫描电镜图像。M)用20%DEAECCl得到的1D@3D钙钛矿的HRTEM图像。
图2.a，b)钙钛矿型微致发光的高分辨率微致发光成像(25×25µm)。C)钙钛矿薄膜的SSPL谱和d)TRPL谱。(E)钙钛矿型薄膜的Pb 4f芯能级光谱的XPS。F)玻璃/ITO/SnO2/钙钛矿/PCBM/Ag结构的纯电子器件的暗J-V曲线。用C-AFM采集的钙钛矿型薄膜在偏置电压为1V时的形貌(左)和电流(右)分布图(g，h)。
图3。a，b)钙钛矿型薄膜在不同倾角下的GIXRD谱和c)2θ-sin2(ψ)的线性钙钛矿薄片。D)1D@3D钙钛矿薄膜模板化生长过程示意图。
图4.a)具有不同DEAECCl浓度的PSC的光伏参数的统计分布。B)正反向扫描测量含1%DEAECCl的PSCs的J-V曲线。C)EQE谱和d)器件的光强相关VOC。E)开路条件下无密封器件在相对湿度为5-10%的环境下的稳定性。
图5.a，b)钙钛矿型微球在相对湿度为50%RH(相对湿度)的环境条件下老化24小时后的拓扑(左)和IR(右，记录在1469cm−1处，对应于MA的对称NH3弯曲)图像(2×2µm2)。c，d)钙钛矿薄膜在85°C N2环境中和≈50%RH条件下老化10天后的X射线衍射图谱。
综上所述，本文引入了一种新的大分子有机铵盐DEAECCl来制备一维钙钛矿结构的DEAECPbI3，它可以作为生长一维@三维钙钛矿结构的模板，得到晶体质量高、稳定性提高的闪亮薄膜。结果表明，该器件在常温、85℃和光照下老化2000h后，PCE达到了22.9%，保持了初始PCE的90%以上。
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