原标题：ACS Energry Letters：通过调控前驱体亚稳態相制备具有单轴取向和超低密度晶界的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的制备薄膜

由于有机-无机杂化三卤化物钙钛矿薄膜的制备材料具有优异的光电性能使得钙钛矿薄膜的制备太阳能电池的光电转换效率在短短几年间就达到了22.7%，已经赶上了传统的多晶硅太阳能电池MAPbI3是研究最为广泛的钙钛礦薄膜的制备材料，通过溶液法制备得到的MAPbI3薄膜通常是多晶薄膜因此晶粒的结晶性和晶界是其主要微观特征，并决定着钙钛矿薄膜的制備薄膜的质量和最后器件的性能科研人员也逐渐认识到两者的关键性，即晶粒（如尺寸、结晶性）和晶界（如密度）对MAPbI3薄膜中电荷传输嘚具有深刻的影响目前的工艺都很难同时兼顾这两个方面，如反溶剂、退火和加入添加剂等工艺可以成功制备出高结晶性平整的大晶粒鈣钛矿薄膜的制备薄膜但其薄膜中的晶粒的取向通常是无序的。因此迫切需要寻找一种能够在保留薄膜均匀性的基础上对MAPbI3钙钛矿薄膜的淛备薄膜的晶粒和晶界同时进行调控的方法以期望得到的薄膜接近单晶薄膜所具有的特性。

Padture教授和周圆圆教授文章的第一作者为青岛科技大学与中科院青岛生物能源与过程研究所联合培养硕士生季付翔。

研究者们首次引入一种全新的可以对其亚稳态进行调节的前驱体相MAPbI3·MACl·xCH3NH2通过控制逐步释放前驱体相中具有挥发性的CH3NH2气体和MACl组分，制备出同时具有单轴取向超大晶粒和超低密度晶界的MAPbI3钙钛矿薄膜的制备薄膜通过这一路线制备的钙钛矿薄膜的制备太阳能电池显示出高达19.4％的光电转换效率，而且薄膜和器件的稳定性也得到明显提升这项研究指出了可以通过控制前躯体相的化学和亚稳定性以实现提升器件性能的新方向。

图一：（A）MAPbI3·MACl固体颗粒在甲胺气体诱导下的“液化”重結晶为光滑的MAPbI3·MACl固体颗粒

（B,C）平行对照实验条件下的纯相的MAPbI3（B）和MACl固体颗粒“液化”重结晶现象（C）

（B,C）薄膜在不同阶段下的的（B）XRD谱图與（C）UV谱图

（D）薄膜在不同阶段下的表面形貌SEM图

（E）薄膜的平均晶粒尺寸和薄膜中氯/铅原子比随退火时间的变化曲线

图三：由MAPbI3·MACl·xCH3NH2液体制備的MAPbI3钙钛矿薄膜的制备薄膜的（A）明场TEM图像；（B）选区电子衍射图（B =区域轴; T =透射光束）；（C）晶粒内部的HRTEM图像；（D）晶界处的HRTEM图像和（E）2D XRD圖像

图四：（A）由MAPbI3·MACl·xCH3NH2液体制备的MAPbI3薄膜中的截面SEM图像和其晶粒取向示意图

（B,C）（B）MAPbI3·MACl·xCH3NH2液体制备的MAPbI3薄膜和（C）参照的MAPbI3薄膜的高倍放大截面SEM圖像和晶界密度比较晶界密度定义为总晶界长度除以相关的横截面积

图五：MAPbI3·MACl·xCH3NH2液体制备的的MAPbI3薄膜（红色;大晶粒）和参照MAPbI3（灰色;小晶粒）薄膜：（A）时间分辨的PL光谱；（B）电容器状装置中的暗态I-V响应； （C）周围环境中存放24小时后的XRD图谱；（D）使用各自薄膜制备的最佳器件嘚J-V曲线；（E）两种器件的光电转换效率随周围环境中存放时间的变化曲线

表一 从图五中的数据中提取的性能参数汇总

I和II分别表示MAPbI3·MACl·xCH3NH2液体嘚到的MAPbI3（大晶粒）薄膜和参考的MAPbI3（小晶粒）薄膜。τ是时间分辨PL光谱的平均寿命双指数拟合 VTFL是缺陷填充限制电压。 D是图5C中PbI2和MAPbI3峰的XRD强度比 JSC、VOC、FF和PCE分别是钙钛矿薄膜的制备太阳能电池器件的短路密度，开路电压填充因子和光电转换效率。显示的平均光电转化效率是正扫和反扫的光电转化效率的平均值R是在钙钛矿薄膜的制备电池器件在周围环境中储存336小时后保留的光电效率。

材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域科技进展解读高水平文章或是評述行业有兴趣，点我加入编辑部大家庭