编者语:原料的纯度直接影响到钙钛矿光伏的器件效率和稳定性,预先制备钙钛矿微晶可有效的纯化原始原料中的杂质(如Ca,Na,K等离子),而目前钙钛矿微晶的制备依赖于基于ACN,2ME这些有机溶剂的湿化学法。这些有机溶剂一方面对环境不友好,另一方面纯化的纯度有限。因此寻找水系溶剂且纯化效率更高的方法意义重大。本文作者巧妙地利用FAPbI3在水中溶解度可调的性质,通过PH的调节实现了钙钛矿微晶高纯度,低成本,高产率的制备。基于该方法制备的钙钛矿电池效率达25.6%,50℃MPP的T94=1000 h。
常见溶剂对钙钛矿微晶的的溶解性质:
1)介电常数&DN>20 kcal/mol: 易溶;
2)介电常数<18或DN<20 kcal/mol: 不溶;
3)介电常数>18&DN<20kcal/mol: 可溶解FAPbI3中的FAI。水属于第三类,但在水中引入I离子可以进一步溶解PbI2,其溶解度随着HI的浓度增加后稳定。这使得钙钛矿微晶在水中的溶解度可调。
2.水系溶剂制备钙钛矿微晶:将原料投料比设为PbAc2:FAAc:HI 摩尔比为 1:1.2:3.2从而实现PH<1.9,从而实现高纯FAPbI3微晶的形成,产率高达92%。
3.纯度表征:ICP-OES,Ca2+荧光测试证明ASPM制备的钙钛矿微晶的纯度最高可达99.996%,由于传统方式的99.8%。
4.结晶动力学差异:
1)ASPM制备的钙钛矿前驱体胶粒更大;
2)Control退火过程中存在明显DMSO中间相,但ASPM可直接转变为立方相FAPbI3
3)ASPM可促进立方相FAPbI3(001)晶面择优取向
原文链接:science.org/doi/10.1126/science.adj7081