退火时间对三重阳离子钙钛矿薄膜及其太阳电池的影响！学术资讯

来源：材料科学与工程

含三重阳离子混合卤化物钙钛矿（CsFAMA）的铯（Cs）作为光吸收层被广泛应用于高效、稳定、高重复性的钙钛矿型太阳能电池（PSCs）。另一方面，热退火是制备钙钛矿薄膜的一种普遍的后处理方法。此外，热处理高度依赖于钙钛矿材料。然而，迄今为止还没有关于CsFAMA钙钛矿的专门研究报告。

来自西南石油大学光电研究所的研究者针对这一领域进行了系统地研究。了解到热退火和退火时间对CsFAMA薄膜及其太阳能电池的影响。最终证明加热时间为45分钟或60分钟在100℃是可取的。更有趣的是，作者发现未退火的CsFAMA薄膜表现出超高的光致发光强度，远强于退火薄膜。注意，光致发光强度随着退火时间的变化逐渐减弱。特别地，新膜（经抗溶剂滴镀后）的光致发光强度至少比退火60分钟的薄膜高200倍。这是第一次报道这种PL行为。推测这是由于钙钛矿晶核的量子限域效应和新薄膜中二甲基亚砜中间体的“笼效应”。因此，未退火的CsFAMA薄膜在PL发射方面具有很大的应用潜力。相关论文以题目为“The Effects of Annealing Time on Triple Cation Perovskite Films and Their Solar Cells”发表在ACS Applied Materials & Interfaces 期刊上。

近年来，钙钛矿型太阳能电池（PSCs）的研究取得了巨大的进展，由于有机无机金属卤化物钙钛矿材料具有优良的光电特性，其通式为ABX3（其中A通常表示甲基铵（MA）、甲脒（FA）或铯（Cs）阳离子，B表示铅或锡阳离子，X代表卤素阴离子），包括高吸收系数、长载流子扩散长度、小激子结合能、高缺陷容限、可调带隙、使能迄今为止可以制造出PCE超过25%的高效光伏器件。钙钛矿材料的成分工程为PSCs的发展做出了重要贡献。引入混合阳离子和混合卤化物确实具有重要意义。通过调节容限因子，与纯钙钛矿化合物相比，它能提高结构稳定性、结晶性能和减少缺陷态。另一方面，热退火作为一种普遍而简单的后处理方法，对最终器件的性能起着至关重要的作用。

图1. 在不同时间的热处理条件下相关器件的发光性能和光电性能。

图2.不同退火时间（a）未退火（b）退火15min（c）退火30min（d）退火60min的钙钛矿薄膜的顶视图、横截面SEM图像和相应的表面AFM图像。所制备的薄膜均沉积在图案化玻璃/ITO/SnO2衬底上。

图3.未退火或退火后CsFaFa钙钛矿薄膜的PL测量。（a）在ITO/玻璃衬底上沉积的未退火薄膜在移入空气中进行PL测量前，在手套箱中停留约30s的光致发光随时间的变化。（b） 100 ℃@10min退火后ITO/玻璃衬底上薄膜的PL随时间的演化。（c）用100℃@45min加热制备的石英玻璃薄膜的光致发光随时间的变化。（d）在玻璃上制备的未退火薄膜在转移到空气中进行PL测量之前，其光致发光随时间的变化。（e）从图（d）中提取的PL演化第一阶段的二维图像。（f）从图（d）中提取的PL演化最后两个阶段的二维图像。我们注意到，（a），（b），（c），（d）中PL测量的狭缝宽度（包括激发侧狭缝和发射侧狭缝）是不同的，以获得合适的被测样品的PL发射强度。在图（a）、（b）、（c）、（d）中，狭缝宽度分别为（1.5nm，2 nm），（4 nm，5nm），（4 nm，5 nm）（2nm，3 nm）。

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