在最近发表在ACS Energy Letters杂志上的一篇论文中，研究人员全面研究了 BA 2 MA 4 Pb 5 I 16 ( n = 5) 准二维（准二维）钙钛矿的相位操纵效率。他们使用二甲基亚砜 (DMSO) 溶剂来控制准二维钙钛矿薄膜中的晶体生长过程。

背景

最近，有机-无机杂化钙钛矿（OIHPs）受到了极大的关注。传统的三维 (3D) 钙钛矿太阳能电池 (PSC) 目前可以达到 25.7% 的功率转换效率 (PCE)。然而，由于 3D 钙钛矿对水分和氧气的敏感性，商业化道路上的障碍是稳定性问题。具有疏水性和稳定有机配体的 Ruddlesden-Popper (RP) 准二维钙钛矿最近已成为打破这些限制的可行选择。

关于研究

该团队使用定制的热铸技术，即恒定热退火旋涂 (CTAS) 程序，以消除引脚准 2D PCS 下端的低 n 值 (n 2) 相，使用DMSO 溶剂。在这种方法中，基板在 CTAS 工艺中被加热并保持在稳定的温度，同时在 CTAS 工艺中进行旋涂，从而形成稳定的热环境。

在 CTAS 技术中，在旋涂机的夹头内安装了一个额外的加热器，以在旋涂操作期间保持温度。这种方法提供了更可重复和更稳定的旋涂条件，确保了薄膜的可重复性和质量以及更广泛的制造窗口。此外，在 CTAS 过程中调整了自旋温度。基于最佳 DMSO 0.25 比例将痕量甲基氯化铵 (MACl) 引入前体中以促进薄膜的结晶。

为了深入研究 DMSO 在 CTAS 过程中对薄膜形状、相分布和晶体生长方向的影响，在 DMF 基前驱体中引入了不同量的 DMSO。此外，还分析了太阳能电池的外部量子效率 (EQE)，以进一步研究各种条件下短路电流密度 ( Jsc ) 值升高的原因。此外，测量了具有不同 MACl 掺杂量的薄膜的 EQE。

X 射线衍射 (XRD) 和场发射扫描电子显微镜 (SEM) 照片用于评估薄膜的整体形状和结晶度。为了更好地了解晶体取向，测量了 DMSO 0.25 和 DMSO 0 薄膜两侧的广角 X 射线散射 (GIWAXS) 掠入射。为了进一步研究底部的情况，剥离了基板上的准二维钙钛矿薄膜，并在暴露侧测量了 GIWAXS。在薄膜上使用飞秒瞬态吸收 (TA) 来详细检查底部的相位分布。

观察

优化后，薄膜具有更一致的垂直晶向。同时，获得了准确的能带对齐，并且在我们的准二维 PSC 中，由于界面能带失配导致的能量损失大大降低，产生的Jsc值为 19.21 mA/cm 2。此外，PSCs 的稳定性是足够的。该设备在全功率点运行超过 1000 秒，没有电流骤降，并且在没有封装的氮气手套箱中 1000 小时后保持其基线 PCE 的 96.7%。

随着 DMSO 比率的增加，平均Jsc显着增加，DMSO 0 为 9.74 mA/cm 2，DMSO 0.25 为 18.94 mA/cm 2。短路电流的显着改善归因于体钙钛矿层中载流子迁移率的提高和更有效的界面载流子提取。使用 DMSO 0.25 和适量 MACl 的最终优化设备实现了 17.66% 的 PCE 和 1.22 V 的 Voc 值。

这些发现表明，DMSO 有效地控制了晶体生长方向，同时提高了薄膜的整体晶体质量。这表明底部存在低 n 值相，以及在 CTAS 技术中使用 DMSO，可以成功地修改底部的相。

DMSO 0 薄膜在底部显示出与 n = 2 相相关的非常强烈的光致发光，而 DMSO 0.25 薄膜在此范围内没有检测到信号。结果表明，使用 DMSO 的 CTAS 结晶程序成功地消除了底部存在的低 n 组分。

DMSO 辅助 CTAS 方法减少了低 n 值阶段，将其替换为底部的 n = 3 阶段。随着底部相排列和准二维钙钛矿晶体生长方向的轻微改变，通过 MACl 掺杂提高薄膜质量，进一步减少了带电复合。该设备显示出 96.7% 的基线效率和 97% 的初始 PCE，而 3D 钙钛矿为 25%。

结论

总而言之，使用实际的相位操作以及垂直优选晶体取向在钙钛矿层中创建了高性能准二维 PSC。除了良好的相位分布外，该薄膜还实现了精确的垂直取向。在使用 MACl 提高薄膜的结晶质量后，该器件在 1.22 V 的开路电压下实现了 17.66% 的 PCE。最后，本研究展示了一种有效且简单的方法来控制准二维钙钛矿中的相分布。