将二维钙钛矿模板渲染为三维胶片

将二维钙钛矿模板渲染为三维胶片

甲酰胺碘化铅是一种非常好的光伏电池材料,但要获得正确稳定的晶体结构是一个挑战。到目前为止开发的技术已经产生了相当差的结果。然而,格罗宁根大学的科学家们,由光物理和光电学教授玛丽亚·安东尼塔·洛伊领导,现在已经用刀片和蘸液将其破解。

甲酰胺碘化铅(fapbi3)是一种钙钛矿,一种具有独特结构的晶体。钙钛矿是以化学式为abx3的矿物命名的。在理想的立方单位电池中,X位置被阴离子占据,形成八面体,中心阳离子在B位置,而立方体的角部被A位置阳离子占据(见图)。

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图片说明:基于2-苯基乙基铵碘化铅的二维薄膜通过阳离子交换产生三维甲酰胺碘化铅薄膜。

工业生产

“这种甲酰胺碘化铅材料具有很好的特性,但甲酰胺位置离子会导致结构不稳定,”Loi解释说。由这种材料制成的3D薄膜通常是光活性和非光活性相的混合物,后者对最终应用不利。因此,Loi让她的博士生sampson adjokatse努力寻找解决方案。

在尝试了不同的策略之后,他找到了一个有效的方法。洛伊说,最重要的是,它具有可扩展性,可以用于工业生产。毕竟,太阳能电池必须在大的电池板中生产,找到一种既好又便宜的技术是非常重要的。Adjokatse从一种不同的钙钛矿开始,在这种钙钛矿中,甲酰胺被一个较大的2苯基乙基铵分子取代,这样就形成了一种2d钙钛矿。这种材料通过“刮刀”技术沉积成薄膜,这与广泛应用于工业过程中的技术(如印刷)有关。

刀片

Adjokatse解释说:“基本上,你用刀片把材料铺在基板上。”刀片可以设置成产生厚度约500纳米的薄膜,从而形成二维钙钛矿层。Adjokatse说,重要的一点是,这些薄膜非常光滑,具有高达15微米的大结晶域。以2-苯基乙基铵碘化铅为基片,采用光滑的二维薄膜作为模板制备了三维甲酰胺碘化铅薄膜。

这是通过将二维薄膜浸入含有碘化甲酰胺的溶液中来实现的。这导致了通过“阳离子交换”生长3D薄膜,其中甲酰胺取代了2苯基乙基铵。Loi说:“与参考的3d-甲酰胺碘化铅薄膜相比,这些薄膜显示出更高的光致发光,并且在光照或潮湿条件下显示出更高的稳定性。”这意味着我们现在有了一种利用工业可扩展技术生产钙钛矿太阳能电池用高质量薄膜的方法。

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