Matter综述：钙钛矿怕水吗？不一定

文摘 2024-11-09 08:00 福建

第一作者：曹晶晶

通讯作者：杨维清，张晓宇，吕军

通讯单位：西南交通大学，吉林大学

一．背景分析

在铅卤钙钛矿的合成过程中，通常涉及空气中的水分子，这些水分子可以以气态、液态或固态形式存在。尽管水通常被认为对钙钛矿材料和器件有害，每当提到水时，人们往往会感到忧虑，但水与钙钛矿之间却存在着复杂的“爱恨交织”关系。在某些情况下，水能对钙钛矿产生积极作用，并赋予其优异的性能。深入理解水与钙钛矿的相互作用，对于其商业化应用至关重要。

二．成果简介

基于此，西南交通大学杨维清教授团队联合吉林大学张晓宇教授总结了水与铅卤钙钛矿相互作用的最新进展，重点探讨了三大主要作用：生长调控、结晶调控以及水与已形成钙钛矿的相互作用。这些相互作用使得钙钛矿在发光二极管、太阳能电池、光电探测器、防伪技术及生物成像等多个领域得到了广泛应用。最后，文章讨论了水与钙钛矿在绿色合成、界面化学和前驱体溶液化学方面的挑战与前景。

图1. 水与钙钛矿的作用及应用

三．结果与讨论

要点一：生长调控

图2. 生长动力学调控

图3. 生长取向调控

图4. 物相、形貌和尺寸调控

要点二：结晶调控

图5. 薄膜结晶度调控

图6. 薄膜结晶取向调控

要点三：和已形成钙钛矿的作用

图7. 相变

图8. 异质结构建

图9. 水合作用

图10. 钙钛矿降解

要点四：应用

图11. 钙钛矿发光二极管

图12. 钙钛矿太阳能电池

图13. 光电探测器

图14. 防伪

图15. 生物成像

四．结论与展望

在本综述中，作者讨论了近年来关于水与铅卤化物钙钛矿相互作用的研究进展，重点关注生长调控、结晶调控及与已形成钙钛矿的相互作用。水以气态（湿度处理）和液态（反应溶液中）形式存在，将显著影响钙钛矿晶体和薄膜的生长动力学、取向、物相、形貌以及尺寸。通过调控水的暴露时间或引入水分到反应中，可以精确调节钙钛矿薄膜的结晶度和取向。对于全无机和有机-无机杂化钙钛矿，液态水或湿度处理能够诱导钙钛矿发生相变，并形成异质结或核壳结构。有机-无机杂化物的水合作用则通过有机阳离子与水之间的氢键作用实现。此外，深入理解钙钛矿表面的原子级降解机制对于优化水与钙钛矿的相互作用至关重要。这些相互作用提升了钙钛矿材料的光电和光伏性能，使其广泛适用于LED、钙钛矿太阳能电池、防伪技术、光电探测器和生物成像等领域。未来的研究将聚焦于绿色合成、界面化学和前驱体溶液化学，以进一步开发有前景的应用领域。本综述为水与铅卤化物钙钛矿之间复杂相互作用提供了深入见解，为其应用开辟了新的方向。

五、参考文献

j. Cao et al. Interactions between H₂O and lead halide perovskites: Recent progress and applications

https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.08.001

学术交流QQ群

知光谷光伏器件学术QQ群：641345719

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