退火時間對三重陽離子鈣鈦礦薄膜及其太陽電池的影響

含三重陽離子混合滷化物鈣鈦礦（CsFAMA）的銫（Cs）作為光吸收層被廣泛應用於高效、穩定、高重複性的鈣鈦礦型太陽能電池（PSCs）。另一方面，熱退火是製備鈣鈦礦薄膜的一種普遍的後處理方法。此外，熱處理高度依賴於鈣鈦礦材料。然而，迄今為止還沒有關於CsFAMA鈣鈦礦的專門研究報告。

來自西南石油大學光電研究所的研究者針對這一領域進行了系統地研究。了解到熱退火和退火時間對CsFAMA薄膜及其太陽能電池的影響。最終證明加熱時間為45分鐘或60分鐘在100℃是可取的。更有趣的是，作者發現未退火的CsFAMA薄膜表現出超高的光致發光強度，遠強於退火薄膜。注意，光致發光強度隨著退火時間的變化逐漸減弱。特別地，新膜（經抗溶劑滴鍍後）的光致發光強度至少比退火60分鐘的薄膜高200倍。這是第一次報導這種PL行為。推測這是由於鈣鈦礦晶核的量子限域效應和新薄膜中二甲基亞碸中間體的「籠效應」。因此，未退火的CsFAMA薄膜在PL發射方面具有很大的應用潛力。相關論文以題目為「The Effects of Annealing Time on Triple Cation Perovskite Films and Their Solar Cells」發表在ACS Applied Materials & Interfaces 期刊上。

論文連結：

https://doi.org/10.1021/acsami.0c06558

近年來，鈣鈦礦型太陽能電池（PSCs）的研究取得了巨大的進展，由於有機無機金屬滷化物鈣鈦礦材料具有優良的光電特性，其通式為ABX3（其中A通常表示甲基銨（MA）、甲脒（FA）或銫（Cs）陽離子，B表示鉛或錫陽離子，X代表滷素陰離子），包括高吸收係數、長載流子擴散長度、小激子結合能、高缺陷容限、可調帶隙、使能迄今為止可以製造出PCE超過25%的高效光伏器件。鈣鈦礦材料的成分工程為PSCs的發展做出了重要貢獻。引入混合陽離子和混合滷化物確實具有重要意義。通過調節容限因子，與純鈣鈦礦化合物相比，它能提高結構穩定性、結晶性能和減少缺陷態。另一方面，熱退火作為一種普遍而簡單的後處理方法，對最終器件的性能起著至關重要的作用。

圖1. 在不同時間的熱處理條件下相關器件的發光性能和光電性能。

圖2.不同退火時間（a）未退火（b）退火15min（c）退火30min（d）退火60min的鈣鈦礦薄膜的頂視圖、橫截面SEM圖像和相應的表面AFM圖像。所製備的薄膜均沉積在圖案化玻璃/ITO/SnO2襯底上。

圖3.未退火或退火後CsFaFa鈣鈦礦薄膜的PL測量。（a）在ITO/玻璃襯底上沉積的未退火薄膜在移入空氣中進行PL測量前，在手套箱中停留約30s的光致發光隨時間的變化。（b） 100 ℃@10min退火後ITO/玻璃襯底上薄膜的PL隨時間的演化。（c）用100℃@45min加熱製備的石英玻璃薄膜的光致發光隨時間的變化。（d）在玻璃上製備的未退火薄膜在轉移到空氣中進行PL測量之前，其光致發光隨時間的變化。（e）從圖（d）中提取的PL演化第一階段的二維圖像。（f）從圖（d）中提取的PL演化最後兩個階段的二維圖像。我們注意到，（a），（b），（c），（d）中PL測量的狹縫寬度（包括激發側狹縫和發射側狹縫）是不同的，以獲得合適的被測樣品的PL發射強度。在圖（a）、（b）、（c）、（d）中，狹縫寬度分別為（1.5nm，2 nm），（4 nm，5nm），（4 nm，5 nm）（2nm，3 nm）。

（文：愛新覺羅星）

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