城大Sai-Wing Tsang团队Adv. Mater：通过原位光学方法解锁环境温度对基于FA钙钛矿结晶的影响

1

前言回顾

金属卤化物钙钛矿由于其优异的光电特性，如高光吸收、延长载流子寿命和易于带隙调谐，现已迅速成为光伏技术中的关键部分。自2009年首次报道以来，PSCs的功率转换效率（PCE）已从3.8%提高到26.1%。在各种钙钛矿材料中，FAPbI3钙钛矿由于其理想的带隙（1.48eV），现已作为高效单结PSCs的理想候选者。然而，与基于MA的钙钛矿相比，在纯FAPbI3中，大尺寸的FA阳离子会使钙钛矿相不稳定，最终导致PbI64-骨架不稳定，并诱导从光伏活性a-FAPbI3（立方）相到非活性δ-FAPbI3（六方）相的转变。先前研究表明，添加小尺寸阳离子可以有效抑制相变。因此，利用混合阳离子复合钙钛矿已成为提高器件性能和稳定性的常用策略。

2

文献简介

基于此，香港城市大学材料科学与工程系的Sai-Wing Tsang等人利用原位光学技术研究了环境温度效应对FAxMA1-xPbI3钙钛矿结晶过程的影响。结合DFT结果发现，在旋涂过程中，纯MAPbI3倾向于形成溶剂结合相，而纯FAPbI3倾向于生成δ-钙钛矿相。在混合阳离子FAxMA1-xPbI3钙钛矿中，首先产生的是FAPbI3骨架，然后MA离子会掺入到晶格中。且FA含量和环境温度对结晶都有很大的影响。较高的FA含量和环境温度都会大大降低残留溶剂的量，从而抑制溶剂结合中间相的形成。因此，由于缺乏溶剂加合物的阻碍，结晶在旋涂过程中将自发形成，并与成核过程竞争，导致钙钛矿膜粗糙且不均匀。从而导致裂纹的形成。总的来说，这项工作为理解基于FAMA的钙钛矿生长机制提供了一个独特而直观的视角。

图1. (a) MAPbI3和FA0.5MA0.5PbI3基PSCs在不同环境温度下的J-V曲线; (b)在30°C的环境温度下制造的铸态FA0.5MA0.5PbI3钙钛矿膜的SEM图像; (c) 在环境温度（18至30℃）下制造的铸态和退火的FA0.5MA0.5PbI3钙钛矿薄膜的数字图像

图2. MAPbI3在(a)旋涂和(d)退火过程中的原位PL和吸收演变; 在(b)旋涂和(e)退火期间，通过高斯拟合提取的PL峰值位置和强度的演变; (c) MAPbI3结晶过程示意图; FAPbI3在(f)旋涂和(i)退火过程中的原位PL和吸收演变; 在(g)旋涂和(j)退火期间，通过高斯拟合提取的PL峰值位置和强度的演变; (h) FAPbI3结晶过程示意图

图3. 在(a)旋涂和(c)退火过程中，在30°C的环境温度下制备的FA-50的原位PL和吸收演变; 在(b)旋涂和(d)退火期间通过高斯拟合提取的PL峰值位置和强度的演变

3

文献总结

总之，该课题组采用了原位光学技术来研究环境温度对FAMAPbI3钙钛矿膜形成的影响。结果表明，FAMAPbI3膜的形态和器件的性能对环境温度高度敏感，在室温的旋涂过程中会形成大量裂纹。使用原位技术发现，基于MA的和基于FA的钙钛矿的结晶过程明显不同。基于MA的钙钛矿倾向于在旋涂过程中形成溶剂配位的中间相。然而，基于FA的钙钛矿中却没有形成中间相，成核趋势有待完成。并且，他们发现基于FA钙钛矿中的核的高密度将会诱导核聚集，特别是在较高的环境温度和较高的FA含量下。最终，核聚集在铸态钙钛矿膜的某些区域会诱导溶质耗尽，导致在基于FA的钙钛矿中裂纹的形成。这项工作表明，原位光学方法不仅可以有效地剖析钙钛矿在制备过程中的快速成核和结晶过程，还可以深入了解未来大规模生产中高质量钙钛矿薄膜的发展。相关研究成果最新发表于国际知名期刊《Advanced Materials》上，题为“Unlocking the Ambient Temperature Effect on FA-based Perovskites Crystallization by In-situ Optical Method”。

本文关键词：原位光学方法；多阳离子复合钙钛矿；成核；结晶

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！