通过硫氰酸盐取代稳定卤化物钙钛矿的新见解

α -FAPbI 3是一种很有前途的太阳能电池材料，具有立方钙钛矿结构，在室温下亚稳态，可以通过在其结构中引入拟卤离子(如硫氰酸盐(SCN - ))来稳定其结构，东京工业大学的研究人员在一项新的研究中证明了这一点。学习。他们的发现为通过晶界和拟卤化物工程稳定α相提供了新的见解。

如果有效利用我们每天从太阳接收到的光，可以帮助我们解决当前的全球能源危机以及我们对气候变化的担忧。具有良好光物理性质(即光吸收)的材料用于设计太阳能电池，将阳光转化为电能。最近在这方面取得进展的一种材料是α-甲脒碘化铅或α -FAPbI 3(其中FA + = CH(NH 2 ) 2 +)，一种具有立方钙钛矿结构的结晶固体。

由α -FAPbI 3制成的太阳能电池表现出高达 25.8% 的转换效率和 1.48 eV 的能隙，这些规格非常适合实际应用。不幸的是，α -FAPbI 3在室温下是亚稳态的，并且当被水或光触发时会经历相变到δ -FAPbI 3 。δ -FAPbI 3的能隙远大于太阳能电池应用的理想值，使得α相的保存对于实际目的至关重要。

为了克服这个问题，东京工业大学(Tokyo Tech)副教授 Takafumi Yamamoto 领导的研究小组最近在《化学会杂志》上发表的一篇论文中提出了一种稳定 α -FAPbI 3的新策略。

该团队通过引入拟卤阴离子硫氰酸根(SCN –)来重点研究α -FAPbI 3的稳定机制。“之前的研究表明，将 FAPbI 3的表面阴离子从碘化物 (I – ) 部分替换为 SCN –离子可以稳定α相。然而，目前尚不清楚 SCN 离子如何将自身纳入钙钛矿晶格并提高界面稳定性，”Yamamoto 博士解释道。

该团队首次制备了硫氰酸盐稳定的赝立方钙钛矿的单晶和粉末样品。结构分析表明，其具有√5重立方钙钛矿超结构，具有有序柱状缺陷，构成α '相。研究发现，这种新材料在室温干燥气氛中具有热力学稳定性，并且能带隙为 1.91 eV。

研究小组发现，含有δ相的样品中α'相的存在促进了δ相到α相的转变，使转变温度降低了100 K以上。他们指出，α '相可以在孪生边界处形成重合位点晶格，通过降低其成核能或通过外延的热力学稳定来导致α相的稳定。

研究人员获得的这些见解可以鼓励进一步研究空位排序和缺陷容限对卤化物钙钛矿稳定性的影响。“这项工作表明，α -FAPbI 3可以通过赝卤化物和晶界工程来稳定，这可能对试图开发具有理想带隙和出色转换效率的新型热力学稳定太阳能电池材料的科学家有益，”满怀希望的博士总结道。 . 山本.

事实上，我们也希望现有的技术能够为太阳能经济铺平道路!

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