无机钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、激光等诸多领域得到了广泛的研究。目前，无机钙钛矿单晶的制备方法主要有气相生长法和溶液生长法。气相生长技术容易实现高质量单晶的制备，但由于K l Z ; 6 # {气相外延过程中的随机成核和晶格不匹配问题，在气相体系中实现钙钛矿结晶位点、晶体形貌和晶体尺寸的控制成为一个难题，这也是可控制备高性能钙钛矿集成光电器件的巨大挑战。
最近，( % M在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下，中科院化学研究所绿色印刷重点实验室宋延林课题组与光化学重点实验室赵永生课题组合作，针对气相生长体系中钙钛矿随机成核和晶格不匹配问题，创新性地将打印制备的晶种模板引入到钙钛矿气相生长体系，并提出了一种利用晶种模板可T t 1 w O W u控外延生长无机钙钛矿单晶的方法（如图）。_ : x P @ Y e g L研究人{ & 6 k D C员首先通过喷墨打印的方法在疏水基材上制备了钙钛矿晶种，然后将生长有晶种的模板引入到钙钛矿气相生长体系。研究发现，晶种模板的引入可以有效地抑制? 3 m } E h钙钛矿晶体在气相外延过程中$ 2 & V = = o的随D E B机成核和晶格不匹配问题，从而实w N w 5现具有规则晶体形貌的钙钛矿单晶的可控气相图案化。通过调控气相生长时间，可以实现对钙钛矿单晶尺寸的有效调r N m r控。该方法制备的无机钙钛矿单晶具有较高的结晶质量，可直接用于制备高性N # & a M { t $能硅基激光器和光电探测器。该研究为高质量无机钙钛矿单晶的可控气相制备提供了一种新途径，对制备高性能钙钛矿集成光电器件具有重要意义。
无机钙钛矿单晶的气相图案化制备
研究成果发表于近日出版的《先进材料》（Adv. M! Z N { n u %ater. 2020, doi: 10.18 i V # 4 - l =002/adma.2E { X / Z + i a01908006）p ( % | K上。通讯作者是宋延林和赵永生，第一作者是谷振坤和周忠豪3 E y P B &。
论文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201908006
制备高效高稳定的二维钙s i / 3钛矿光伏器件
作为新一代薄膜太阳能电池的代表性材料，钙钛矿的毒性及对水氧的e + , g D 0 I u U敏^ t o ( & - V感性严重阻碍了其的商业化进程。近年来，二维（2D）Sn基无铅钙钛矿因其出色的稳定性和低毒性，成为3D钙钛矿的替代材料。但由于二维材料结构的特殊性，电子或空穴受量子尺寸效应限制，其寿命和迁移率远低于3D结构，因而其器件光电转化效率明显低于3D钙钛矿。这种稳定性与高效率之间的矛盾成为实际应用的一个难题。
最近，在国家自然科学m y { Y基金委P Y ? J y、科技部和中国科学院的大力支持下，中科院化学所绿色印刷重点实验室宋延林课题组与郑州大学合作，成功地将疏水性有机分子1,4-丁二胺引入到Sn基无铅钙钛矿中，合成了一系列具有Dion-Jacobson相的准二维钙钛矿。如图1所示，具有典型准二维结构的(BEA)F] i S t fA2Sn3I10钙钛矿结构对称性较好，光吸收窗口与三维相比并没有明显减= l O /少，并具有合适的禁带宽度。第一性原理计算表明，(BEA)FA2Sn3IN u . A y J V10具有大的形成能（106 j/mol），结构稳定。另外，(BEA)FA2Sn3I10薄膜致密性良好，载流子限域作用并不明显，结合一维扩散方X c h E B W r |程，计算出的电子扩散长度q m b m n &为450 nm，空穴扩散长7 e O 8 K度为360 nm，载流子迁移率P | / 6 R为14.4 cm2 V-1 S-1。利用该(BEA)FA2Sn3I10薄膜制备出的太阳能电池，光电转换效率高达6.34%，是目前报道的Dion-J] i J { | E Sacobson相的准二维钙钛矿太阳能电池的最高值。更为重要的是，在自然条件下，未封装的器件经过1000小时的老化，效率仅仅衰减8%。另外，在光照稳定性测试中发现，经过200小时，器件效率仍有90%以上。通过这种新型低维无铅钙钛矿结构设计，同时v ` y + Y实现了高效率和稳定性的钙钛矿太阳能电池，对推动钙钛矿太阳能电池的实际应用具有重要意义。
单晶(BEA)FA2Sn3I10的合成，晶体结构及第一性原理计算
该研究成B F A Z k果近日发表于《Angewandte Chemie International Edition》上，通讯作者是宋延林研究员和郑州1 z o n 1 } y f =大学张懿强博士，第一s ` @ t 1 Y } E作者是博士生李鹏伟。
来源 化学所&新材料资讯
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https://doi.org/10.1002/anie.202000460