无铅钙钛矿的原位晶体生长研究

铅基钙钛矿是一种非常有前途的太阳能电池板材料。欧洲杯足球竞彩它们能有效地将光转化为电，但也存在一些主要的缺点:最有效的材料不是很稳定，而铅是一种有毒元素。欧洲杯足球竞彩

格罗宁根大学的科学家们正在研究含铅钙钛矿的替代品。两个显著影响太阳能电池效率的因素是薄膜的形成能力和太阳能电池材料的结构。欧洲杯足球竞彩因此，原位研究无铅钙钛矿晶体是如何形成的以及晶体结构对太阳能电池功能的影响是非常重要的。研究结果发表在杂志上先进功能材料欧洲杯足球竞彩3月31日。

基于混合钙钛矿的光伏电池于2009年首次推出，并迅速成为几乎与标准硅太阳能电池一样高效的电池。这些材料具有欧洲杯足球竞彩非常独特的晶体结构，称为钙钛矿结构。在理想的立方体单元中，阴离子围绕中心阳离子形成八面体，而立方体的四角被其他更大的阳离子占据。不同的离子可以用来生成不同的钙钛矿。

旋转涂布

以铅为中心阳离子的钙钛矿在太阳能电池中获得了最好的结果。由于这种金属是有毒的，人们开发了以锡为基础的替代品，例如甲脒碘化锡(FASnI)_3.）.这是一种很有前途的材料;然而，它缺乏一些铅基材料的稳定性。欧洲杯足球竞彩有人尝试混合3D FASnI_3.含有有机阳离子苯乙基铵(PEA)的层状材料晶欧洲杯足球竞彩体。

我的同事Maria Loi教授和她的研究团队发现，添加少量的这种PEA可以产生更稳定、更高效的材料。然而，大量添加它会降低光伏效率。”

Giuseppe Portale，格罗宁根大学助理教授

这就是Portale的用武之地。光物理学和光电子学Maria Loi教授已经对钙钛矿进行了很长时间的研究，而Portale开发了一种x射线衍射技术，使他能够研究从溶液中旋转涂层过程中薄膜的实时快速形成。在实验室规模上，钙钛矿薄膜通常是通过旋转涂层，在这个过程中，前驱体溶液被传送到快速旋转的基材上。结晶随着溶剂的蒸发而生长。在法国格勒诺布尔的欧洲同步加速器辐射设施(ESRF)的BM26B-DUBBLE束上，Portale研究了锡-钙钛矿薄膜形成过程中发生的事情。

接口

我们最初的想法是基于非原位研究，定向晶体从衬底表面向上生长。”

朱塞佩Portale,助理教授,格罗宁根大学

然而，原位结果显示相反:晶体开始在空气/溶液界面生长。在他的实验中，他使用了3D FASnI_3.通过添加不同数量的2D PEASnI₄．在纯三维钙钛矿中，晶体开始在表面形成，但也在大部分溶液中形成。然而，添加少量二维材料抑制大块结晶，晶体仅从界面生长。

“PEA分子在钙钛矿的前驱体溶液中发挥着积极的作用，通过在晶体边缘的配位来稳定定向3d类晶体的生长。此外，PEA分子阻止了体相的成核，所以晶体生长只发生在空气/溶剂界面，”Portale解释道。生成的薄膜由排列的3d类钙钛矿晶体和少量位于薄膜底部的2d类钙钛矿组成。添加低浓度的2D材料可以产生稳定而高效的光伏材料，而在高浓度的2D材料时，效率会急剧下降。

绝缘子

Portale和Loi的实验可以解释这一观察结果:“类2d钙钛矿位于衬底/薄膜界面。如果将2D材料的含量增加到一定程度以上，就会形成延伸的类似2D的有机层，起到绝缘体的作用，这对设备的效率是不利的。”研究的结论是，必须防止这种绝缘层的形成，以实现高效和稳定的锡基钙钛矿。“下一步是实现这一点，例如通过溶剂、温度或特定的钙钛矿/衬底的相互作用，可以破坏这种厚绝缘层的形成。”

来源:https://www.rug.nl/