近日，我校發(fā)光材料與信息顯示研究院、材料科學(xué)與工程學(xué)院的謝立強(qiáng)副教授、魏展畫(huà)教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊Nature子刊Nature Communications（中科院一區(qū)，IF:17.694）發(fā)表最新研究論文：Moisture-triggered fast crystallization enables efficient and stable perovskite solar cells（DOI:10.1038/s41467-022-32482-y）。
在本研究中，由于能強(qiáng)烈干擾鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的水汽在環(huán)境中無(wú)處不在，因此研究水對(duì)鈣鈦礦的作用具有重要意義且極具挑戰(zhàn)性。在之前的報(bào)道中，對(duì)水如何作用于鈣鈦礦的研究結(jié)果總是受到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中其他因素的影響，所得證據(jù)多是間接證據(jù)。因此，將水汽的實(shí)際作用與這些因素解耦，對(duì)于獲得水作用機(jī)理的“直接證據(jù)”至關(guān)重要。在本篇論文里，謝立強(qiáng)、魏展畫(huà)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了多種可氮?dú)獗Ｗo(hù)的表征技術(shù)，研究了水汽對(duì)含銫、甲胺和甲脒三元陽(yáng)離子鈣鈦礦(Cs0.05FA0.75MA0.20)Pb(I0.96Br0.04)3的影響。
研究發(fā)現(xiàn)適量的水汽處理鈣鈦礦中間態(tài)薄膜可以促進(jìn)有機(jī)鹽的傳質(zhì)，并幫助它們進(jìn)入到薄膜的底部。同時(shí)，這個(gè)過(guò)程會(huì)加速有機(jī)鹽和PbI2之間的準(zhǔn)固-固反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)空間均勻的中間相分布，從而形成排列有序、鈣鈦礦相更純的中間態(tài)鈣鈦礦薄膜（圖一）。
圖一 （左）水汽處理前后薄膜內(nèi)部晶粒的排列示意圖；可N2保護(hù)的表征技術(shù)示意圖：（右a）光學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，（右b）掃描電鏡SEM,（右c）XRD結(jié)晶性測(cè)試
經(jīng)水汽處理的鈣鈦礦薄膜的晶粒排布更有序、相分布更均勻，有利于最終態(tài)鈣鈦礦薄膜結(jié)晶性的提高和缺陷的大幅減少，從而提高薄膜中的電荷傳輸性能。因此，最優(yōu)器件的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)接近24%且器件的滯后現(xiàn)象基本消除。同時(shí)，這些器件在最大功率點(diǎn)處運(yùn)行時(shí)，平均T80壽命可達(dá)852小時(shí)（最長(zhǎng)1210小時(shí)）。這項(xiàng)工作基于無(wú)空氣暴露的原位測(cè)試技術(shù)，系統(tǒng)研究了水汽對(duì)鈣鈦礦薄膜的真實(shí)影響，同時(shí)也為研究其他亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)提供了一種可行的方法（圖二）。
圖二 基于不同鈣鈦礦薄膜的電池J-V曲線(xiàn)和性能參數(shù)：（a）薄膜無(wú)水汽處理（b）薄膜經(jīng)過(guò)水汽處理。（c）基于有無(wú)水汽處理的鈣鈦礦薄膜其電池的運(yùn)行穩(wěn)定性
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金、華僑大學(xué)科學(xué)研究基金以及華僑大學(xué)分析測(cè)試中心的支持。在該論文中，華僑大學(xué)為第一通訊單位，2019級(jí)博士生劉凱凱和2020級(jí)碩士生駱妤婕為共同第一作者，謝立強(qiáng)副教授和魏展畫(huà)教授為本文的通訊作者。
（編輯：蔡君韜）
