Small Methods:水和表面缺陷加速有机无机钙钛矿光氧化降解

近年来,基于甲胺铅碘(MAPbI3)吸光材料的钙钛矿太阳能电池获得了快速发展,光电转换效率已由最初的3.8%提升到24.2%。然而MAPbI3钙钛矿较差的环境稳定性严重地制约了钙钛矿太阳能电池的实际应用。尤其是在光照的空气环境中,光生超氧根离子(O2)会和钙钛矿发生氧化反应,从而导致光电转换效率严重下降。因此,在原子水平上理解MAPbI3吸光层光氧化降解机制,将为制定合适的保护方案,实现钙钛矿太阳能电池的长效稳定奠定重要基础。

东南大学物理学院王金兰教授课题组研究了氧分子在MAPbI3晶格中的扩散行为,阐明了水和表面缺陷在MAPbI3光氧化降解中的促进作用。通过第一性原理计算,他们发现氧分子在MAPbI3晶格中的自发扩散是比较困难的,光氧化反应只集中在MAPbI3表面。在光氧化过程中,水分子和表面缺陷能够促进氧气分子和MAPbI3间的电子转移,从而加速超氧根离子(O2)的生成。特别是在缺少MA+离子的表面上,这种促进作用尤为明显。根据以上理论结果,他们提出过量的MA+离子,良好的结晶度,无氧的制备环境是进一步提高钙钛矿太阳能电池稳定性的必要条件。相关研究成果发表于Small Methods (Role of Water and Defects in Photo-Oxidative Degradation of Methylammonium Lead Iodide Perovskite, 2019, DOI: 10.1002/smtd.201900154)。