FAPbBr₃单晶反常的热稳定性和相稳定性

【作者】 谭艳艳； 陈亮； 惠勇； 周剑章； 毛秉伟； 田中群；

【机构】 固体表面物理化学国家重点实验室&厦门大学化学化工学院化学系；

【摘要】 钙钛矿太阳能电池具有高的光电转化效率和低廉的成本,因而受到广泛的关注和研究。目前其最高的光电转化效率已经达到22.7%,超过市场上广泛使用的多晶硅太阳能电池效率。然而,和多晶硅太阳能电池长达20年以上的寿命相比,钙钛矿太阳能电池差的长期稳定性成为其走向商业化的最大瓶颈。因此,研究钙钛矿材料本征的稳定性变得十分重要。这里,我们通过生长一系列高品质钙钛矿单晶的方法来研究其本征的稳定性,以排除界面、晶界和旋涂工艺等的影响。具体地,我们发现FAPbBr₃单晶,存在令人难以理解的反常的热稳定性和相稳定性。通常认为,溴基钙钛矿的起始热分解温度是高于碘基钙钛矿的,例如MAPbBr₃的热分解温度高于MAPbI3^[1]。但是,我们观察到FAPbBr₃的起始分解温度确远低于FAPbI₃。同时,FAPbI₃的钙钛矿相在室温下是热力学不稳定的,其容忍因子达到0.99,接近稳定钙钛矿的容忍因子的上限,原因是FA阳离子较大,铅碘八面体不能容忍,从而导致立方相到六方相的转变。然而,相比于FAPbI₃,FAPbBr₃具有更小的晶格常数,其容忍因子达到1.01,但是在室温下其又是稳定性较好的立方钙钛矿相^[2]。我们认为,需要进一步的表征和理论计算,以期更好的理解FAPbBr₃这种反常的稳定性,并设计更加稳定的钙钛矿组分。更多还原