高效钙钛矿太阳能电池的Lewis酸碱加合方法( Lewis Acid–Base Adduct Approach for High Efficiency Perovskite Solar Cells )

JW Lee HS Kim NG Park

自2012年首次报道了使用甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)、介孔TiO2和2,2 ,7,7 -四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9 -螺基呋喃烯（螺茂）的长期耐久性9.7%固态钙钛矿太阳能电池以来，继2009年和2011年的钙钛矿敏化液体结太阳能电池种子技术之后，由于优异的光伏性能和极其简单的制备工艺，钙钛矿太阳能电池受到了广泛的关注。钙钛矿太阳能电池的功率转换效率(PCE)在极短的时间内达到21%。如此高的光伏性能是由于有机碘钙钛矿材料固有的光电特性。此外，高介电常数、亚毫米级载流子扩散长度、潜在的铁电性质和离子迁移行为可以使有机卤化物钙钛矿适合于多功能。因此，钙钛矿材料除了应用于太阳能电池之外，最近还被应用于各种材料科学领域，如光电探测器、发光二极管、激光、X射线成像、电阻存储器和水分裂等。无论应用领域如何，生长一层高结晶度的钙钛矿层是有效利用其优异物理化学性能的必要条件。因此，需要一种有效的方法来制备高质量的钙钛矿层。本文介绍了一种生产高质量钙钛矿层的有效方法，即Lewis酸碱加合法。在形成钙钛矿层的溶液过程中，关键化学物质CH3NH3I（或HC(NH2)2I)和PbI2被溶解在极性非质子溶剂中。由于极性非质子溶剂含有氧、硫或氮，它们可以作为刘易斯碱。此外，主基团化合物PbI2已知是路易斯酸。因此，PbI2有机会通过与Lewis碱反应形成加合物。利用加合物中的弱化学相互作用，可以控制钙钛矿晶体的生长和形貌。通过PbI2与氧供体N,N′-二甲基亚砜的加成，我们成功地制备了PCE高达19.7%的重复性高的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池。这种加合方法已被广泛采用，通过PbI2与硫给体硫脲作为Lewis碱的加合，成功地制备了大晶粒、高结晶度和长载流子寿命的甲脒碘化铅钙钛矿HC(NH2)2PbI3(FAPbI3)。本文提出的加合物法是一种很有前途的方法，可以获得高质量的钙钛矿薄膜，并具有良好的光伏性能。此外，如果我们动力学控制加合物中Lewis碱的消除，在导电衬底上生长单晶有望成为可能。

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