Nano Select:水热法改善双钙钛矿Cs2Sn(Pb)I6的光电性能

近年来,全无机锡基钙钛矿(CsSnI3)以其优异的光电和光伏特性,及其在太阳能电池、发光二极管和光电探测器等方面的潜在应用引起了研究者的广泛关注。然而,CsSnI3钙钛矿中Sn2+离子易被氧化生成Sn4+稳定性较差,阻碍了其在大气环境下的制备和应用。在前期工作中,课题组利用F优先与Sn2+成键的特点合成了CsSnI(F)3薄膜,延缓Sn2+的氧化,推迟了其向稳定双层钙钛矿Cs2SnI6转变过程。与SnO、SnS、和CsSnI3等其他Sn2+基化合物不同,本征Cs2SnI6为n型半导体(迁移率~310cm2 V-1S-1,电子浓度∼1×1014 cm-3),Sn2+掺杂提供空位后转变为p型(迁移率~42 cm2 V-1S-1),Cs2Sn4+(Sn2+)I6的光电性能获得提升。前人研究表明,Sn2+可以部分或全部替代Pb,在保持太阳电池性能的同时减少铅的使用。

本文中,辽宁科技大学周艳文教授课题组以反向思维适当掺杂Pb到双层锡基钙钛矿中提升其半导体性能,即用Pb2+代替Sn4+的一种空穴掺杂法。另一方面,传统水热法合成Cs2SnI6过程需把金属卤化物前驱体溶解在不稳定、易在空气中分解的HI等强酸中,存在一定安全隐患。辽宁科技大学周艳文教授课题组提出了一种改良水热法,即采用无水乙醇代替HI,获得高结晶度的本征Cs2SnI6及掺杂Cs2Sn(Pb)I6粉末,探讨Pb掺杂对Cs2SnI6粉末结构和性能的影响。结果表明,采用改良水热法制备的高结晶度稳定Cs2Sn(Pb)I6粉末材料晶粒细化、表面光洁、光吸收波幅宽且光电流高达~70μA cm-2。Cs2Sn(Pb)I6粉末的纯洁度和多晶性有待进一步分离提纯和优化。相关论文已在线发表于Nano Select (DOI: 10.1002/nano.202000276)期刊上。