物理化学学报 >> 2024, Vol. 40 >> Issue (11): 2311011.doi: 10.3866/PKU.WHXB202311011
李睿1,2,†, 刘欢1,2,†, 焦忆楠2,†, 秦胜建2, 孟婕1,2, 宋佳钰1,2, 闫融融1,2, 苏航1,2, 陈恒彬1,2, 尚子璇1, 赵晋津1,*(
)
收稿日期:2023-11-08
修回日期:2023-12-17
录用日期:2024-01-08
发布日期:2024-01-12
通讯作者:
Email: jinjinzhao2012@163.com; jinjinzhao2023@hebtu.edu.cn (赵晋津)
作者简介:†These authors contribute equally to this work.
基金资助:
Rui Li1,2, Huan Liu1,2, Yinan Jiao2, Shengjian Qin2, Jie Meng1,2, Jiayu Song1,2, Rongrong Yan1,2, Hang Su1,2, Hengbin Chen1,2, Zixuan Shang1, Jinjin Zhao1,*(
)
Received:2023-11-08
Revised:2023-12-17
Accepted:2024-01-08
Published:2024-01-12
Contact:
Email: jinjinzhao2012@163.com; jinjinzhao2023@hebtu.edu.cn (Jinjin Zhao)
Supported by:摘要:
卤化物钙钛矿材料以其卓越的可见光吸收、光电转换特性、可调的能级结构以及低能耗等特点,在薄膜太阳能电池、发光显示和生物医药领域具有广泛应用的潜力。然而,钙钛矿中复杂的离子迁移过程是导致器件能量转换效率低和稳定性差的关键因素,从而限制了其商业化进程。近年来,科学家们对钙钛矿中离子迁移条件和抑制离子迁移的方法进行了大量研究。本文从能量势垒角度创新性地探讨离子迁移问题,全面综述了钙钛矿材料中不可逆的单向离子迁移和可逆的双向离子迁移的基本概念和形成机制。随后,分析了不可逆的单向离子迁移导致钙钛矿降解的机理。进一步解析了在外加力、电场、光场和热场等外场作用下的双向可逆离子迁移现象,并探讨了调控离子迁移的策略。最后,从能级的角度揭示了钙钛矿中离子迁移作用,通过有效调控离子迁移提升钙钛矿器件的光电转换性能,为促进钙钛矿光电器件的商业化应用提供参考。促进其商业化应用。
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表1
"
| Materials | Mobile ion | Crystal structure | Activation energy (eV) | Reversibility | Characterization Methods | Ref. | |
| MAPbI3 | MA+ | Tetragonal | 0.46 | Reversible | First-Principles | ||
| Tetragonal | 0.735 | DFT | |||||
| Tetragonal<110> | 0.57 | First-Principles | |||||
| Tetragonal<001> | 0.89 | ||||||
| Tetragonal (a neighboring vacant A-site cage) | 0.84 | ||||||
| Tetragonal | 0.9 ± 0.45 | Arrhenius equation | |||||
| Cubic | 0.39 ± 0.24 | ||||||
| Pb2+ | Tetragonal | 0.8 | First-Principles | ||||
| Tetragonal<110> | 2.31 | ||||||
| I− | Tetragonal | 0.08 | |||||
| Tetragonal | 0.342 | DFT | |||||
| Pseudo-cubic | 0.55 | Irreversible | First-Principles | ||||
| Tetragonal<100> | 0.32 | Reversible | |||||
| Tetragonal<111> | 0.44 | ||||||
| Tetragonal (octahedron edge) | 0.58 | ||||||
| Tetragonal | 0.433 | Nernst-Einstein relation | |||||
| Tetragonal | 0.19 | Dark | Nernst-Einstein relation | ||||
| 0.03 | 25 mW∙cm−2 | ||||||
| Tetragonal | 0.622 | 0.1 mW∙cm−2 | Nernst-Einstein relation (T>250 K) | ||||
| 0.144 | 5 mW∙cm−2 | ||||||
| 0.07 | 25 mW∙cm−2 | ||||||
| Cubic | 0.43 | Arrhenius equation | |||||
| Tetragonal | 0.58 | Arrhenius equation (T<320) | |||||
| Cubic | 0.229 | Arrhenius equation (T>320) | |||||
| Tetragonal | 0.322 | Arrhenius equation | |||||
| 0.416 | Arrhenius equation (PbSO4) | ||||||
| Tetragonal | 0.29±0.06 | Arrhenius equation | |||||
| Tetragonal (1μm grain size) | 0.14 | Nernst-Einstein relation(25mW∙cm−2) | |||||
| Tetragonal (0.3μm grain size) | 0.08 | ||||||
| Tetragonal (Single crystal) | 0.47 | ||||||
| Tetragonal (1μm grain size) | 0.5 | Dark; Nernst-Einstein relation | |||||
| Tetragonal (0.3μm grain size) | 0.27 | ||||||
| Tetragonal (Single crystal) | 1.05 | ||||||
| Tetragonal | 0.37 | Arrhenius equation | |||||
| Cubic | 0.52 | ||||||
| Tetragonal | 0.824 | 0.05 mW∙cm−2 | Nernst-Einstein relation (Illumination; T>250 K) | ||||
| 0.851 | 1 mW∙cm−2 | ||||||
| 0.334 | 5 mW∙cm−2 | ||||||
| 0.144 | 20 mW∙cm−2 | ||||||
表2
"
| Materials | Mobile ion | Crystal Structure | Activation energy (eV) | Reversibility | Characterization Methods | Ref. | |
| MAPbBr3 | MA+ | Tetragonal | 0.56 | Reversible | First-Principles | ||
| Br− | Tetragonal | 0.09 | |||||
| Pseudo-cubic | 0.58 | Irreversible | |||||
| Cubic | 0.11 | Reversible | Nernst-Einstein relation (resonance frequency<50Hz) | ||||
| 0.28 | Nernst-Einstein relation (resonance frequency>50Hz) | ||||||
| 0.36 | Nernst-Einstein relation (PbSO4 passivation) | ||||||
| MAPbBrxI3−x | MA+ | Cubic | 0.801 | DFT | |||
| Br− | 0.326 | ||||||
| I1− (Pb-I = 0.319 nm) | 0.456 | ||||||
| I2− (Pb-I = 0.327 nm) | 0.49 | ||||||
| I3− (Pb-I = 0.325 nm) | 0.522 | ||||||
| FAPbI3 | FA | Trigonal<110> | 0.57 | First-Principles | |||
| FA+ | 0.61 | ||||||
| FA | Trigonal<001> | 0.59 | |||||
| FA+ | 0.61 | ||||||
| I | Trigonal<111> | 0.42 | |||||
| I− | 0.48 | ||||||
| I | Trigonal<100> | 0.5 | |||||
| I− | 0.55 | ||||||
| I− | Trigonal | 0.79 | Arrhenius equation | ||||
| 0.218 | |||||||
| AceMAPbI3 | Cubic | 0.542 | Nernst-Einstein relation | ||||
| (GUAMA)PbI3 | 0.36 | Arrhenius equation | |||||
| CsPbI2Br | 0.454 | 0.1 mW∙cm−2 | Nernst-Einstein relation (T> 250 K) | ||||
| 0.456 | 5 mW∙cm−2 | ||||||
| 0.43 | 25 mW∙cm−2 | ||||||
| CsPbBr3 | Cs+ | Orthogonal | 0.7 | First-Principles | |||
| Pb2+ | 0.94 | ||||||
| Br− | 0.27 | ||||||
| 0.19 | Arrhenius equation | ||||||
| 0.25 | |||||||
| CsPbI3 | Cs+ | Tetragonal | 0.61 | DFT | |||
| Pb2+ | 1.4 | ||||||
| I− | 0.21 | ||||||
| MAxFA1−xPbI3 | Trigonal | 0.643 | Arrhenius equation | ||||
| Cs0.05MA0.05FA0.9PbI3 | Cubic | 0.43 | Arrhenius equation | ||||
| Cs0.05MA0.05FA0.9PbI3/BAI | 0.50 | ||||||
| Cs0.05MA0.05FA0.9PbI3/BABr | 0.52 | ||||||
| FAPbI3/GuCl | Cl− | Trigonal | 0.59 | First-Principles | |||
| FAPbI3/GuBr | Br− | 0.62 | |||||
| FAPbI3/GuI | I− | 0.73 | |||||
| MAPbCl3 | Cl− | Pseudo-cubic | 0.62 | Irreversible | |||
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