西安交大科研人员提出钙钛矿前驱体调控新策略
采用溶液法制备钙钛矿薄膜时首先要制备前驱体溶液，因此前驱体溶液中胶体的性质直接决定了钙钛矿薄膜的性质。此前，文章中报道一些方法（例如引入添加剂和改变前驱体化学计量比）能够通过调节前驱体溶液胶体特性，改善所制备的薄膜质量，进而提高器件的光电特性。然而，目前对改变胶体特性的主要决定因素和调控机理尚不清楚。
在使用钙钛矿的原材料配置前驱液时，实际上是胶体分散液，而不是解离的溶液。因此，原材料的特性应该对所形成的胶体特性有决定性产生影响。这也解释了为什么即使采用相同的溶液法制备钙钛矿薄膜，在不同的实验室也会得到不同的结果，一部分原因是因为使用了不同的原材料，如来自不同的生产商、不同批次的碘化铅（PbI2）材料导致前驱体中胶体的不同特征。然而，人们对于原材料的晶体特性如何影响前驱体中胶体的性质、钙钛矿薄膜的质量以及最终器件的光伏性能等方面，知之甚少。这是由于目前对于PbI2晶体的可控制备，研究人员并没有给予更多关注和研究。
近日，西安交通大学电信学院吴朝新教授团队青年教师冉晨鑫博士与南京工业大学陈永华教授和北京大学周欢萍教授（共同通讯作者）等人在国际能源领域权威刊物ACS Energy Letters（影响因子12.28）上在线发表一篇研究论文，题目为Facet-Dependent Control of PbI2 Colloids for over 20% Efficient Perovskite Solar Cells。该研究提出了一种晶面钝化策略来合成晶面比例、晶体尺寸可调的PbI2材料。通过调节制备反应体系中乙酸含量，能够制备晶面比例和晶体尺寸可调的PbI2材料。研究表明，采用具有不同形貌的PbI2材料，能够实现对PbI2胶体胶粒尺寸及其分布、PbI2薄膜表面形貌及其结晶取向、以及相应的甲胺铅碘（MAPbI3）钙钛矿薄膜光电性能的调控。相比于商用PbI2材料，采用优化PbI2为原料制备的钙钛矿太阳能电池器件的能量转换效率（PCE）达到20.22%，并表现出更低的正扫-反扫迟滞效应。因此，这一普适的晶面依赖性胶体工程策略为高质量钙钛矿薄膜的制备提供了一种重要的实用调控方法，对今后进一步提高钙钛矿太阳能电池的性能具有重要的指导意义。冉晨鑫是该论文第一及通讯作者，西安交大是论文的第一完成单位。
该工作得到国家自然科学基金和博士后面上项目的支持。
近几年，冉晨鑫博士在钙钛矿薄膜缺陷钝化控制（Chem. Soc. Rev.,2018, 47, 4581,J. Mater. Chem. A,2016, 4, 8566-8572,J. Mater. Chem. A,2017, 5, 3193-3202），非铅钙钛矿太阳能电池器件工艺优化（J. Phys. Chem. Lett.,2017, 8, 394-400, ESI前1%高被引论文），非铅钙钛矿太阳能电池界面调控（ACS Energy Lett.,2018, 3, 713-721, ESI前1%高被引论文）等方向取得一系列进展，为后续的研究工作奠定了重要基础。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.8b02262
