黄维amp陈永华等人今日Scienc

1.前言

近年来，卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）的凭借其活性层材料的高载流子迁移率和扩散长度以及带隙可调的优点，获得了非常高的光电转换效率（PCE）。黑相甲脒铅碘（α-FAPbI3）具有最窄的带隙（在薄膜中通常为1.45-1.51ev），然而由于FA+的大尺寸会导致晶格畸变，在常用环境条件下，该相容易转变为宽带隙黄色非钙钛矿相（δ-FAPbI3），造成薄膜质量的下降，制约了该材料的进一步应用。

事实上，人们现在已经开发了各种方法用于制备高稳定性α-FAPbI3钙钛矿薄膜。其中一些方法涉及替代阳离子、阴离子或两者以形成杂化甲脒钙钛矿，例如FAxMA1x双阳离子；FA1xyMAxCsy三阳离子；甚至FA+、MA+、Rb+、Cs+、SCN和Br多阳离子-阴离子杂化物。尽管这些改性提高了PSCs的PCE和稳定性，但是要想得到高质量的钙钛矿和钙钛矿中间体薄膜就必须在惰性气体中加工，同时需要严格控制温度和相对湿度，这些要求极大地限制了PSCs的生产和应用。

图1:前驱体在不同溶剂中的化学环境

2.简介

考虑到上述的种种因素，南京工业大学黄维院士与陈永华教授研究团队今日在《Science》上发表了最新的研究成果，他们报道了一种用于合成高稳定性α-FAPbI3的方法，即以离子液体甲酸甲胺（MAFa）为原料，制备垂直取向的碘化铅（PbI2）薄膜，该薄膜在制备过程中对环境条件并不敏感。与DMF与DMSO等常用溶剂不同，在MAFa溶剂中，C=O---Pb的螯合作用和N-H---I的氢键作用共同促进了PbI2薄膜的垂直生长。

图2:PbI2

DMF:DMSO和PbI2

MAFa薄膜表征

研究结果显示，碘化甲脒（FAI）通过原位形成的离子通道进入PbI2薄膜，显著降低了PbI2薄膜的形成能垒。在相对湿度为20-90%和温度为25-℃的范围内，都可以观察到快速转变的稳定型α-FAPbI3。最终制备的PSCs获得了大于24%的PCE，小时后效率仍能保持在初始值的93%（充氮气手套箱内），并且具有极高的光热稳定性。

图3:FAPbI3的结构表征

3.总结

综上，该工作为制备基于稳定型α-FAPbI3薄膜的高性能PSCs提出了一种新策略，为PSCs的性能进一步突破做出了巨大贡献。相关研究成果已于今日发表在国际顶级期刊《Science》上，题为”Stabilizingblack-phaseformamidiniumperovskiteformationatroomtemperatureandhighhumidity”。

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