我校有機無機雜化鈣鈦礦分解及抑制取得進展

近日，我校材料學院趙晉津教授團隊在有機無機雜化鈣鈦礦的分解和抑制方面獲得新進展。相關研究成果以「General decomposition pathway of organic-inorganic hybrid perovskites through an intermediate superstructure and its suppression mechanism」, 為題發表在材料科學國際知名期刊Advanced Materials《先進材料》影響因子25.809 (Advanced Materials, 2020, doi: 10.1002/adma.202001107)和「Transmission electron microscopy of organic-inorganic hybrid perovskites: myths and truths,」為題發表在中國科學頂刊Science Bulletin《科學通報》(Science Bulletin 2020 , in press, arXiv:2004.12262.)上。

有機無機雜化鈣鈦礦材料的太陽能電池得到了飛速發展，鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率在近十年就從最初的3.8%迅速增長至目前的25.2%，然而電池的的商業化應用卻受限於有機無機雜化鈣鈦礦的結構不穩定性，高溫、氧氣、水、光照條件甚至電子束輻照均會導致鈣鈦礦材料分解進而引起器件性能衰減。我校與北京大學、哈爾濱工業大學、中科院深圳先進技術研究院聯合開展研究，我校材料學院張穎碩士研究生為共同第一作者，該工作藉助於北京大學電子顯微鏡實驗室的電子顯微鏡，系統研究了有機無機雜化鈣鈦礦在電子束下的結構不穩定性，揭示了有機無機雜化鈣鈦礦普適性的分解路徑，探究了影響其分解的主要因素，並提出了抑制分解的策略。

利用電子衍射技術表明ABX2.5形式的有序空位在有機無機雜化鈣鈦礦及全無機鈣鈦礦中是普遍存在，而不僅僅是MAPbI3中的特例，類似於在ABO2.5形式的鈣鈦礦氧化物中觀察到的空位。在MAPbI3上下兩面都包覆上薄層的非晶碳後（~10 nm），由於較薄的非晶碳層可以作為擴散的障礙層，進而阻礙碘離子以及甲胺根離子的丟失，通過SEM-EDS的定量分析和形貌演變說明了碳包覆抑制分解的作用，說明包覆可以起到穩定結構抑制分解的作用。同時，利用低電子束劑量成像技術系統地研究了不同實驗條件下有機無機雜化鈣鈦礦的結構不穩定性，揭示了最優的透射電鏡表徵條件，還探究了不同的加速電壓以及鈣鈦礦暴露的不同晶面對穩定性的影響。這些揭示基於有機無機雜化鈣鈦礦的太陽能電池在不同的環境中（加熱， 光照，電偏壓，暴露空氣等）的失效機制和應對策略，為推進其商業化應用而奠定基礎。