Advanced Materials:透射电镜揭开有机无机杂化钙钛矿分解的神秘面纱

近年来,由于高效的光电转换效率,基于有机无机杂化钙钛矿材料(CH3NH3PbI3, MAPbI3)的太阳能电池得到了飞速发展。近十年来,其光电转换效率已从最初的3.8%迅速增长至目前的25.2%,几乎可以媲美单晶硅太阳能电池。然而该技术的商业化应用却受限于杂化钙钛矿材料的结构不稳定性,高温、氧气、潮湿环境、光照等加速材料分解进而引起器件性能衰减。因此,有必要深化对降解机理的认识,从而指导材料合成和器件设计。 北京大学高鹏课题组与合作者采用低电子束剂量率成像技术,系统研究了有机无机杂化钙钛矿在电子辐照下的结构不稳定性,揭示了有机无机杂化钙钛矿普适性的分解路径,并提出了抑制分解的策略。研究表明,无论是四方MAPbI3还是立方MAPbBr3,在电子束的辐照下都会产生有序的卤族离子空位,生成MAPbX2.5中间相,并进一步丢失甲胺根离子和剩余的卤族离子,最终造成钙钛矿结构的崩塌,生成卤族铅化物(PbX2)。值得注意的是,他们发现可以通过碳包覆技术稳定有机无机杂化钙钛矿的结构进而抑制其分解成卤族铅化物。这些发现不仅有助于理解有机无机杂化钙钛矿的分解机理,所提出的抑制分解策略也可以帮助解决有机无机杂化钙钛矿对电子束敏感的问题,促进原位透射电镜研究不同外场下杂化钙钛矿的分解机制,并进一步对设计稳定器件给予指导。相关论文在线发表在Advanced Materials上 (DOI: 10.1002/adma.202001107) 。