《JMCC》综述:CsPbI3纳米晶薄膜,更稳定更高效!

新材料技术 纳米晶薄膜技术
材料科学与工程    2021-01-04    585

  钙钛矿纳米晶(NCs)由于其在光电子器件中的广泛应用,近年来受到了前所未有的关注。在所有的无机钙钛矿中,CsPbI3具有最接近理想的太阳能电池带隙。CsPbI3基器件发展迅速,但同时也显示出三种卤化物钙钛矿中最不稳定的一种。因此,迫切需要找到改善其稳定性和提高其效率的治疗方法,从而最大限度地提高其适用性。

  本文综述了近年来CsPbI3-NC薄膜的研究进展,重点介绍了提高其稳定性的处理方法,以及有助于提高其光电器件效率的光物理过程。相关论文以题目为“CsPbI3 nanocrystal films: towards higher stability and efficiency”发表在Journal of Materials Chemistry C 期刊上。

  论文链接:https://pubs。rsc。org/en/content/articlelanding/2020/tc/d0tc04475j#!divAbstract

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  无机钙钛矿纳米晶(IP-NCs)由于其优异的光学性能、易制备和稳定性等优点,成为当前研究的热点。NCs不同于体钙钛矿,因为量子限制效应产生了诸如尺寸依赖性光致发光(PL)、高表面/体积比、高光致发光量子产率(PLQY)和增强的相稳定性等特性。在太阳能电池设备中应用钙钛矿NCs,据报道,效率从2016年的10。77%上升到高达17。39%(图1a)。同时,钙钛矿具有极高的色纯度和易于调谐的发光特性,是一种很有前途的发光材料。显然,这些材料在下一代光伏发电(PV)方面有着巨大的潜力。

  在无机钙钛矿卤化物中,红色钙钛矿CsPbI3的禁带最接近理想禁带1。3 eV。众所周知,金属卤化物钙钛矿在高温下是不稳定的,水,极性溶剂,氧气和光,这阻碍了他们的商业应用。当前提出了几种提高稳定性和延缓其性能退化的策略。例如,当CsPbI3薄膜浸泡在水中数小时内降解时,经过处理的NC薄膜在长达一个月的时间内表现出稳定的光学性能。在高湿度和高温下储存的NCs也得到了类似的改进。除了稳定性之外,功率转换效率(PCE)也是光伏应用的关键因素。

  为了获得高效率的器件,NCs必须被组装成致密有序的薄膜,具有优良的结构和电荷传输特性。应用不同的处理方法,除了可以提高稳定性外,还可以提高PCE,这是由于NCs的电子耦合不良或NC晶格中的界面散射或缺陷所限制的。已经设计了许多化学处理来增强NC耦合并允许更高的电荷载流子迁移率。对钙钛矿型纳米晶的研究主要集中在其它的卤化铅上,而红色的CsPbI3钙钛矿型纳米晶却很少受到关注。然而,报道其治疗和稳定性的出版物数量最近有所增加(图1b)。

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  图1 CsPbI3纳米晶薄膜的研究。(a)最近报道了基于CsPbI3纳米晶薄膜的光伏电池效率。(b)最近报告的CsPbI3NC薄膜开发(稳定性、光子循环、载流子倍增和激子效应)。

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  图2处理后的CsPbI3NCs的稳定性。(a)HMS-CsPbI3NCs薄膜的原位XRD测量。(b)CsPbI3和AET-CsPbI3NCs薄膜在水中浸泡不同时间后的发光强度。插图:水中CsPbI3和AET-CsPbI3样品的照片。(c)经处理和未经处理的NC薄膜的PL曲线如(b)所示。插图显示了样品和相应的PLQY。

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  图3光学增益,激子效应。(a)不同激子类型和相关双激子结合能的示意图。(b)Dxx表示不同的激发过剩能量(红色)。观察到Dxx随过剩能量的快速初始增加。(c和d)双激子结合能作为泵-泵-探针不同配置延迟时间的函数实验。(e)CsPbBr3NCs在不同激发功率下的PL光谱(增加用黑色箭头表示),显示在较高激发功率下ASE的尖峰开始出现。面板显示样品厚度为20和1000nm,较厚层显示出较强的ASE峰红移,这种效应归因于较厚层中的重吸收

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  图4(a)实验示意图显示了不同的激发和收集位置。(b)测量和计算了765和800nm处的光发射,作为距离的函数。(c)实验观察到PL光谱与分离距离的函数关系。(d)计算发射光谱作为分离距离的函数。

  本文综述了近年来红色钙钛矿型纳米晶薄膜器件的研究动态,重点介绍了实现高稳定性和高效率的有效途径。(文:爱新觉罗星)

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