鈣鈦礦由於其長載流子擴散距離，高效的光吸收效率和靈活的帶隙調節能力在光電器件領域被廣泛研究，其中目前新型電池製備(一步法與兩步法)中
會加入過量的PbI2作為鈣鈦礦薄膜中的缺陷鈍化材料以提高效率。然而過量的PbI2是一柄雙刃劍，它有助於延長載流子壽命並減少鹵化物空位，也會因為PbI2的光分解和過多的離子移動將抑制電荷傳輸加速鈣鈦礦層的加速降解，尋找一種普適性通用的方式來解決這個難題，將可能會提升器件的效率與穩定性。南開大學羅景山課題組受到納米晶體合成的啟發，過量的PbI2是隨機分佈在鈣鈦礦薄膜或上下表面，設想理想情況是過量的PbI2可以以納米片的形式分佈在鈣鈦礦薄膜的晶界之間，為調整薄膜形貌特性，通過添加特定配體十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），成功獲得了分佈良好的PbI2納米片，減少了非輻射覆合與陷阱缺陷密度，在配體條件後器件效率增加到22%。此外，得益於過量PbI2的垂直分佈以及表面配體的疏水性，器件表現出更優秀的穩定性。相關文章以“Ligand-Modulated Excess PbI2 Nanosheets for Highly Efcient and Stable Perovskite Solar Cells”為題於4月13日發表在Advanced Materials.
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000865
CTAB由親水“頭”和長鏈疏水“尾”組成，具有2D金屬納米結構，親水性的“頭部粒子有機配體可以與鈣鈦礦相互作用，鈍化缺陷，疏水的“尾巴”可以排斥水分子，有助於延長穩定性，作者選用幾種離子有機配體CTAB,CTAC(十六烷基三甲基氯化銨),OTAB(辛基三甲基溴化銨),DTAB(十二烷基三甲基溴化銨),CDAB(十六烷基二甲基乙基溴化銨)來調節分佈形態，使過量的PbI2形成2D納米片結構，垂直分佈在鈣鈦礦薄膜中。採用兩步旋塗法，將不同的配體加入異丙醇溶液中，第二步中加入有機鹽(FAI/MAI/MACl)，實驗發現配體調節的主要原因歸因於陽離子配體，與CTAB具有相同陽離子的調製膜產生了納米片。
圖1.不同鈣鈦礦薄膜的配體調製技術和形貌示意圖(a).鈣鈦礦薄膜中PbI2的分佈，(b-g).鈣鈦礦調製膜的SEM圖像（CTAB,CTAC,OTAB,CDAB）
圖2.鈣鈦礦薄膜的相分佈特徵(a)CTAB調製膜的XRD光譜，(b-c).對照組鈣鈦礦薄膜和CTAB膜的GIXRD，(d-e)對照組的SEM和CL耦合圖中PbI2的微觀分佈。
圖3.材料表徵和光電性能(a).PL光致發光圖譜,(b)TRPL衰減光譜,(c).SCLC電子遷移率，(d).EIS電阻抗光譜圖
圖4.器件性能與穩定性。(a).標件與CTAB調製器件的J-V曲線,(b).外量子效率對比,(c).水接觸角,(d).暴露在空氣環境中XRD圖，相對溼度約為60%,(e).基於六個標件與六個CTAB調製器件存放在黑暗的氮氣手套箱中存放1200小時下的穩定性測試,(f).在25至30℃太陽光強度下未封裝器件的穩定性測試圖。
研究者通過配體調節技術，在鈣鈦礦薄膜中製作出垂直排列的PbI2納米片，減少了陷阱密度，增加載流子壽命並增強在鈣鈦礦層的電荷流動性，利用特定配體CTAB調製得器件效率達到了22%的效率，且因為過量的PbI2及表面配體的疏水性，導致了器件的穩定性的提升，這對於配體調節技術提供了詳細的指導。(文:Kirin)
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