(CH3NH3)2Pb(SCN)2I2薄膜的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用研究开题报告

钙钛矿基太阳能电池作为一种高效率、低成本的固态电池近几年来受到太阳电池业内的广泛关注。当前钙钛矿太阳电池的研究都是围绕三维钙钛矿分子杂合物CH₃NH₃PbI₃展开，2009年，日本桐荫横滨大学的Miyasaka等率先将一层薄薄的钙钛矿（CH₃NH₃PbI₃和CH₃NH₃PbBr₃）作为吸光层应用于染料敏化太阳能电池，制作出了钙钛矿敏华太阳能电池，当时期间的效率仅为3。8%，且稳定性较差。2012年Gratzel等人又将逐步沉积的方法运用到介孔结构钙钛矿太阳能电池中钙钛矿膜的制备上，器件光电转换效率高达15%。此外，Snaith利用双源气相沉积的方法制备出平面结构钙钛矿电池，光电转换效率超过15％。这些突破性进展把钙钛矿太阳能电池推向了一个新的高度，成为了光伏领域的研究热点。 2013年，钙钛矿太阳能电池还被Science 杂志列为“2013年世界十大科技突破之一”。目前，钙钛矿太阳能电池实验室最高光电转换效率已达20%，并且仍然具有很大的提升空间。

钙钛矿型太阳能电池有两大重要技术指标，包括电池的光电转换效率和电池的稳定性。 近几年来，有关钙钛矿太阳能电池最高光电转换效率的研究报道不断呈现，但是关于钙钛矿太阳能电池稳定性的研究相对滞后，钙钛矿太阳能电池稳定性问题已经成为制约钙钛矿太阳能电池发展的瓶颈。二维层状类钙钛矿杂合物与三维钙钛矿相比，材料和组元的选择更加丰富。由于有机组元可采用含芳环胺或长碳链的脂肪胺，其热稳定性更好、成膜性更佳。此外，二维层状类钙钛矿杂合物更适合在分子尺度上对结构进行剪裁和调控，材料的性能也有望得到更加精确地设计和控制。

其中二位层状类钙钛矿杂合物有新型(CH₃NH₃)₂Pb(SCN)₂I₂薄膜，简称MAPSI。其中MAPSI属层状正交模式，空间群为Pnm2₁。其中Pb离子占据八面体的中心位置，八面体上下顶点为SCN^-离子。其余为I^-离子。这样的Pb[(SCN)₂I₄]八面体碘离子层共顶连接成二维层状，甲铵离子(MA)位于层间，形成一个类似于K₂NiF₄^-型结构，同时MAPSI的XRD图样与CH₃NH₃PbSCN₂的图样近似。

通常情况下，从三维到二维结构的变化即随着铅卤化物的连接结构的变化，带隙会变大，严重影响太阳能电池的吸收光的性能。然而MAPSI二维层状无机卤化物，它具有1.56eV的光禁带，同三维的MAPI (CH₃NH₃PbI₃)的光禁带相近。而对于稳定性，MAPI之所以不稳定根据最近的理论分析表明，是因为MAPI热力学不稳定，容易分解为PbI₂和CH₃NH₃I，其中△_RH=-0.09eV，在常温下会缓慢发生自发分解反应。对于MAPSI来说，若使得其分解为CH₃NH₃I和Pb(SCN)₂，其中△_RH=0.38eV为大于0的常数，若分解为CH₃NH₃(SCN)和PbI₂，其中△_RH=1.97eV为大于0的常数。两者均在常温下不会发生自发分解反应。

在2015年6月，Duab教授和Hillebrecht教授报导了他们将MAI与Pb(SCN)₂掺在一起反应生成(CH₃NH₃)₂Pb(SCN)₂I₂即MAPSI。他们将0.20gPb(SCN)₂与0.15gMAI共同溶解于0.6mL DMF溶剂中并且60℃加热，冷却后蒸干DMF溶剂得到黑色单晶。经过他们的单晶检测他们发现所得的晶体为(CH₃NH₃)₂Pb(SCN)₂I₂晶体。他们发现，1:2的 Pb(SCN)₂/MAI摩尔比混合制得的红黑色粉末具有简单的结构和高稳定性，并且XRD测得的XRD峰也完好的解释了通过单晶数据计算得到的结构。

因此，本课题准备采用液相法制备新型(CH₃NH₃)₂Pb(SCN)₂I₂薄膜，并探索(CH₃NH₃)₂Pb(SCN)₂I₂在异质结钙钛矿太阳能电池中的应用。

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