钙钛矿相CH₃NH₃PbI₃的电化学

【作者】 滕枫； 唐爱伟； 杨春和；

【机构】 北京交通大学理学院；

【摘要】 由于钙钛矿相CH₃NH₃PbI₃本身独特的半导体特性,其相关的太阳能电池的效率在短短的几年内即达到了19.3%。[1]钙钛矿相的杂化材料也成为了新的研发热点。CH₃NH₃PbI₃太阳能电池的寿命与其化学稳定性紧密相关。现有的结果表明,CH₃NH₃PbI₃对水汽较为敏感,钙钛矿相会不可逆降解。[2]除此以外,人们对CH₃NH₃PbI₃其它的化学性质还没有深入的了解和研究。我们根据CH₃NH₃PbI₃不溶解于有机溶剂的特点,考察了CH₃NH₃PbI₃在非水有机电解质中的电化学行为。研究结果显示,在电化学氧化还原过程中有伴随反应发生。这些伴随反应来自于Pb²⁺的还原反应以及I^-的氧化反应。伴随反应会与CH₃NH₃PbI₃本身的得失电子过程同时进行,无法仅利用某一种伏安测量法进行研究。同时采用方波伏案法及循环伏安法才可以确定CH₃NH₃PbI₃的HOMO及LUMO能级。由电化学测量所得的能带结构（Egap=1.5 eV）与其它手段所得的结果一致。电化学研究结果表明:Pb²⁺及I^-的伴随反应会在CH₃NH₃PbI₃得失电子的过程中发生并使得钙钛矿相变和分解。未来的太阳能电池用钙钛矿相材料设计应该充分考虑这些化学反应的影响。此外,在设计钙钛矿相的电化学器件时除了要考虑材料的电化学稳定窗口外,也要考虑器件运行时的电化学伴随反应。如何避免以及利用这些伴随化学反应应该是未来研究中重点之一。更多还原