如何制作稳定的黑色钙钛矿

玛丽皇后学院团队开发了一种基于气溶胶的低温工艺，用于制造稳定的黑相甲脒钙钛矿

伦敦玛丽皇后学院的研究人员开发了一种生产稳定钙钛矿材料的新工艺，以制造更高效的太阳能电池。

该团队专注于甲脒钙钛矿或FAPbI₃。这种黑色晶体的化学稳定性比许多其他钙钛矿更高。它的光学特性也比现有的钙钛矿材料更适合在太阳能电池中有效地吸收光和发电。然而，制造这种黑色、稳定的材料是很困难的，它通常会形成不适合太阳能电池的黄色相。

在发表在《先进材料》（Advanced Materials）杂志上的这项研究中，研究人员描述了一种创建 FAPbI₃的新工艺。制造 FAPbI₃的挑战之一是，所使用的高温 (150 摄氏度) 会导致材料中的晶体“拉伸”，使其变形，这有利于黄色相。虽然之前的一些报告使用了少量的附加化学物质或“添加剂”来帮助在这些条件下形成 FAPbI₃，但在大规模制造太阳能电池时，很难控制这些添加剂的均匀性和数量，并且将它们的长期影响尚不清楚。

该研究中描述的新方法是将  FAPbI₃ 薄膜暴露在较低温度 (100 摄氏度) 下含有溶剂混合物的气溶胶中。研究人员发现，与其他可能需要大约 20 分钟的方法相比，它们只需一分钟即可形成非常稳定的黑色相 FAPbI₃。他们还表明，使用较低的温度有助于“放松”材料内的晶体。

上图显示了 FAPbI₃薄膜的结晶；a、通过热退火 (TA) 和气溶胶辅助结晶 (AAC) 形成 α- FAPbI₃的示意图。b、FAPbI₃和 Cs_0.02FA_0.98PbI₃ 薄膜的 X 射线衍射图 (XRD)。 c. (001) 峰的放大图。 d.顶部：通过 TA 和 AAC 处理 1 分钟、2.5 分钟和 5 分钟的 FAPbI₃薄膜的表面扫描电子显微镜 (SEM) 图像。在 AAC 5 分钟影片上可以看到针孔。所有图像的比例尺均为 1 μm。底部：FAPbI₃薄膜通过 2.5 分钟的 TA 和 AAC 的横截面 SEM 图像。两个图像的比例尺均为 500 nm。

玛丽皇后学院《能源材料与器件》（Energy Materials and Devices）杂志的读者Joe Briscoe说：“纯甲脒钙钛矿可以生产钙钛矿太阳能电池，与其他常用的基于甲基铵的混合钙钛矿制成的电池相比，其效率和稳定性更高。这对该技术的商业化非常重要，特别是因为该工艺可以很容易地扩大规模。”

“在这项研究中，我们展示了一种更新、更有效的方法来制造纯净且稳定的黑色甲脒钙钛矿 FAPbI₃。由于我们的工艺使用‘倒置’钙钛矿太阳能电池结构和较低的退火温度，这也使其非常适合在塑料上制造柔性太阳能电池，这可能用于很多应用，例如服装和车辆。”

参考文献

'Additive-free, Low-temperature Crystallization of Stable α- FAPbI₃ Perovskite' by Du et. Al (2021) Advanced Materials