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Advanced Functional Materials: 钙钛矿材料的水稳定性

Chul-Ho Lee和Min Jae Ko讨论了钙钛矿材料关键的水稳定性问题。为了获得更多的信息,您还可以在Advanced Functional Materials中查阅他们的论文“InorganicRubidium Cation as an Enhancer for Photovoltaic Performance and MoistureStability of HC(NH2)2PbI3 Perovskite Solar Cells”。

 

钙钛矿电池中的水稳定性问题是什么?

 

甲基碘化铅(MAPbI3),一种有机-无机杂化的钙钛矿(OHP),很容易形成水化的钙钛矿晶相。当水分子穿过MAPbI3分子时,它会加速MAPbI3分子的分解(特别是MAI),最后,MAPbI3分解为PbI2。在甲酰亚胺碘化铅(FAPbI3)的情况下,当环境潮湿时,黑色的α相(感光相)很容易转化为黄色的δ相(一种六角形的非钙钛矿晶相,而不是感光晶相)。

 

 什么原因造成的呢?

 

湿度影响OHP的化学和相的稳定性,而这种湿度的稳定性与有机阳离子的吸湿性密切相关,如甲基铵和甲酰胺。为解决湿度稳定问题,有三种方法。


第一种方法是提高OHP的固有湿度稳定性。钙钛矿有ABX3的结构,与BX6八面体的共占一角。当A位点的几个单价阳离子和X位点的卤化物混合时(如RbFAPbI3, CsFAPbI3,CsMAFAPbI3-xBrx, RbCsMAFAPbI3-xBrx等),钙钛矿晶相变得更加稳定,从而提高了湿度稳定性。

 

第二种方法是疏水性空穴传输材料的应用。最广泛使用的空穴传输材料–Spiro-MeOTAD,由于其低导电率需要Li盐(具有吸湿性)作为一种掺杂剂,因此,具有Spiro-MeOTAD的钙钛矿太阳能电池具有相对较低的湿度稳定性。为提高湿度稳定性,合成了不需要吸湿性掺杂剂的空穴传输材料。

 

第三种方法是封装器件。用PTFE或Al2O3钝化的钙钛矿太阳能电池可以提高湿度稳定性,并且为OLEDs开发的封装方法也应用于钙钛矿太阳能电池中。

 

我们离解决这个问题有多近?

 

最近,许多研究已经报告通过上述方法可以使钙钛矿太阳能电池在高度潮湿的环境下维持其性能。然而,当不同类型的外部应力(在高度潮湿的环境中的热应力和光照条件)同时作用在钙钛矿太阳能电池中时,其仍是脆弱的。但是离最终的目标更接近了,为了使钙钛矿太阳能电池商业化,许多研究仍然需要来克服这些问题。




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