钙钛矿太阳能电池材料

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构在室温下可以保持几个月的稳定性，即使在经过100°C的热处理一周后也能保持原来的相。

作者一开始用PbI2 + CsI 或 PbI2·xHI + CsI作为前驱物制备α- CaPbI3 通过将等当量的PbI2 + CsI 或 PbI2·xHI + CsI溶于DMF中一步沉积制备CsPbI3薄膜

图一是CsPbI3薄膜的光谱、结构表征以及电池性能、稳定性测试 （A）紫外可见吸收光谱 （B）XRD图谱；

（C）基于α-CsPbI3钙钛矿太阳能电池的I-V曲线

（D）通过PbI2·xHI + CsI制备的CsPbI3薄膜退火前后的XRD和薄膜颜色变化

从图中可以看到，由PbI2 + CsI 制备α-CsPbI3钙钛矿的的UV-vis在414 nm处有吸收峰和在X射线衍射图谱（XRD）中9.78°处有峰表明有多余非钙钛矿δ- CaPbI3相的形成。

虽然用PbI2·xHI + CsI制备的棕色CsPbI3薄膜在一开始通过X射线衍射图谱（XRD）可以证明是纯的α- CaPbI3相，但长时间下也有不稳定的问题，由图D可以看到在十二小时之后棕色的α- cspbi3薄膜转变成了黄色的δ-cspbi3薄膜。

图二：EDAPbI4 和CsPbI3·xEDAPbI4 薄膜的结构表征和光谱研究

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作者之后尝试了添加EDAPbI4

EDAPbI4是一种二维材料，从下图可以看到，其XRD有位于2θ= ~ 6°的峰，UV-vis中有420nm的吸收峰

但通过XRD和cspbi3·xedapbi4样品紫外-可见光谱（C和D）可以看到。不论他们的edapbi4含量（X），所有的XRD图谱都只有α- cspbi3钙钛矿相的特征峰。没有edapbi4相对应的信号（低于2θ= 10°峰），这表明没有的edapbi4晶相或极细的edapbi4层或晶体的形成。

之后对其的I-V曲线进行表征又可以看到与纯的cspbi3的曲线有明显不同，说明有这些薄膜中有EDA阳离子的存在。

（图三）由CsPbI3·xEDAPbI4前驱体(x = 0, 0.0125, 0.025, 和 0.05)获得的钙钛矿薄膜的 （A）AFM图 （B）SEM图

扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜图像(AFM)（图3，A和B）表明，cspbi3·xedapbi4晶粒尺寸随着edapbi4含量增加而显著减小，大约从~ 300 nm（x = 0）减小到~ 35 nm（x = 0.025）

（A）CsPbI3·xEDAPbI4钙钛矿太阳能电池的I-V特征曲线 （B）CsPbI3·0.025EDAPbI4钙钛矿太阳能电池的稳定输出 （C）基于CsPbI3·0.025EDAPbI4钙钛矿的IPCE

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（D）32个CsPbI3·0.025EDAPbI4钙钛矿太阳能电池的效率分布

从J-V曲线提取光伏参数（图4A）列于表1。发现，cspbi3·xedapbi4（x = 0.0125到0.05）的设备比那些基于纯cspbi3有更好的性能。所有的光电参数（ JSC, VOC, and FF）都有所增强，其中从表中数据可以看出x=0,025时，CsPbI3·xEDAPbI4钙钛矿太阳能电池性能最好 图b（基本稳定在10%）

图c（光电转化效率在波长350nm-600nm之间有60%以上，400-500nm达到了80%，最高有86%） 图d （主要分布在10%-11%）

图5、基于CsPbI3·0.025EDAPbI4器件和薄膜的稳定性测试 （A）最佳CsPbI3·0.025EDAPbI4电池效率随时间变化

（B）CsPbI3·0.025EDAPbI4薄膜在干空气中100oC下保持一周的XRD和颜色变化

可以看到CsPbI3·0.025EDAPbI4电池效率随时间变化曲线较平稳，在干空气中100oC下保持一周颜色也不会发生太大变化，XRD显示其结构没有发生转变，结构比较稳定。

这篇文献提出了采用EDAPbI4二维钙钛矿组分稳定a-CsPbI3，通过简单的一步法获得了高效的全无机钙钛矿太阳能电池。对全无机钙钛矿太阳能电池的研究具有重要的借鉴意义。

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挑战

钙钛矿电池虽然短时间内发展很快，但作为一个新兴的研究方向，仍面临着很多挑战。

电池效率的可重现性差。

尽管目前报道的钙钛矿电池的效率在15%以上，但是存在重现性差的问题，表现为同一条件下制备出的一组电池，其效率数据也存在很大的统计偏差；这导致难以进一步深入细致的研究，因此必须提高钙钛矿太阳电池的可重现性。

材料对空气和水的耐受性以提高器件的稳定性差。

目前使用的钙钛矿材料存在遇空气分解、在水和有机溶剂中溶解的问题，导致器件寿命短，因此需要开发出对空气和水稳定的电池材料或者从封装技术上解决这个问题。

电池材料有毒。

目前的高效率钙钛矿电池中的吸光材料普遍含有铅，如果大规模使用将会带来环境问题，因此需要研发出光电转换效率高的无铅型钙钛矿材料。

急需商业化器件开发。

由于大面积薄膜难以保持均匀性，目前报道的高效率钙钛矿电池的工作面积只有0.1平方厘米左右，离实用化还存在相当远的距离，因此需要发展出从实验室平方厘米量级到规模化应用平方米量级性能稳定的钙钛矿太阳电池器件制备技术。

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