钙钛矿薄膜生长原理,用pv操作描述如下前驱图 -爱游戏平台

苗坤旺离型膜

几年来,无机-有机杂化钙钛矿材料在光伏器件的性能和稳定性方面取得了巨大成就,但在这些重大进展的背后,但掩盖不了很多研究对钙钛矿前驱体溶液化学基本原理认识不足。因此,韩国蔚山科学研究院(unist) sang il seok教授在国际顶级期刊《chem.soc. rev.》上发表文章,综述了钙钛矿材料在溶液中成核和生长过程中的基础知识,包括lamer模型和ostwald熟化过程,着重介绍了前体配位分子在溶液中的相互作用原理,以及抗溶剂是如何控制成核和晶体生长的机理,并给出了前驱体溶液形成钙钛矿薄膜的化学途径,包括前驱体配位分子相互作用诱导中间相以及形成致密钙钛矿薄膜过程中的中间产物的鉴定。为了进一步描述溶液中的化学现象,作者还总结了化学前驱体组成的当代研究进展,以了解当前进一步提高光伏器件性能和稳定性的研究方法,而且在通过前驱体溶液精确控制成核和晶体生长方面,作者提出了一些自己的见解。

钙钛矿太阳电池具有可柔性加工、质量轻便以及制备成本低等独特的优点。近年来钙钛矿刚性和柔性器件的光电转换效率已突破25%和19%,其在可穿戴电子领域展现了广阔的应用前景。然而,适应复杂的人体动作一直是阻碍钙钛矿太阳电池可穿戴应用的瓶颈。这主要是由于钙钛矿薄膜本身的晶体脆性以及薄膜基于柔性衬底会产生相较刚性衬底更多的晶界,因为以上两点原因使得器件无法适应拉伸等力学应变。

针对上述问题,南昌大学/江西师范大学陈义旺教授、胡笑添研究员团队联合暨南大学李风煜教授课题组通过引入具有动态自修复功能的聚氨酯材料填充钙钛矿晶界,成功制备可拉伸钙钛矿太阳电池并具有优良的机械自修复功能。填充在钙钛矿薄膜的晶界处的高弹性聚氨酯材料首先可以起到支架作用,有效调控晶体的形核与生长速率,克服杂化钙钛矿晶体在可拉伸基底上结晶质量差的问题。与此同时,由于聚氨酯上的动态肟键具有与钙钛矿材料退火温度相匹配的修复条件,聚氨酯可有效释放拉伸时的应力并实现多级机械自修复功能。团队前期首次将高弹性聚氨酯材料应用于钙钛矿晶体形核与生长的调控中,巧妙控制掺杂浓度实现了制备耐弯折柔性钙钛矿器件(adv. funct. mater., 2017, 27, 1703061.)。并通过仿生贝壳结晶设计,与高弹性聚苯乙烯材料相互配合实现了钙钛矿晶体基于柔性衬底的垂直生长,并印刷制备了大面积可穿戴电池模组(energy environ. sci., 2019, 12, 979.)。此外,团队仿造爬藤类植物生长原理,开发了一种可以在钙钛矿结晶过程中充当生长模板的自组装纵向聚合物支架,从而有效提高钙钛矿薄膜的质量以及水氧阻隔和机械稳定性(adv. mater., 2020, doi: 10.1002/adma.202000617)。在此基础上,团队通过将可机械自修复的聚氨酯材料进一步修饰杂化钙钛矿薄膜晶界,实现多级释放拉伸应力并成功通过原位方法进行证实。基于此,成功制备具有机械自修复功能的可拉伸钙钛矿太阳电池,器件效率达到19.15%。研究通过原位力学原子力显微镜和原位x射线衍射等方式进行探索,直观证实了聚氨酯的晶界自修复功能,从而克服了钙钛矿晶体薄膜可拉伸的科学难题。

图1 可拉伸和形貌自修复的钙钛矿太阳电池示意图。(a) 自修复聚氨酯材料的制备与动态肟键机理。(b) 柔性器件结构示意图。(c) 钙钛矿薄膜形貌自修复过程示意图。

图1 (a) 是自修复聚氨酯(s-pu)的合成路线及自修复机理,为了探索其在可拉伸器件中的应用,设计了如图1 (b) 所示的柔性钙钛矿器件,其具体自修复机理是在钙钛矿器件承受拉伸应力薄膜出现微裂纹时,残留在晶界处的s-pu经过简单的退火过程后使薄膜形貌恢复到初始状态,进而实现器件性能的有效恢复。

图2 钙钛矿薄膜的形貌与成膜质量分析。(a) 钙钛矿薄膜的平面与断面sem图。(b) 晶粒尺寸分布图。有无添加自修复聚氨酯钙钛矿薄膜的(c) (d) giwaxs二维图, (e) 接触角测试, (f) xrd图谱, (g) 紫外可见光吸收光谱和稳态荧光光谱,及 (h) 瞬态荧光光谱。

图2 (a) 是有无添加自修复聚氨酯钙钛矿薄膜平面与断面sem图,可以发现,s-pu的引入可以有效增加钙钛矿薄膜的结晶质量,薄膜平均晶粒尺寸显著增加(图2 b)。为了探究这种作用机制,首先进行了giwaxs的测试,对于添加了s-pu的钙钛矿薄膜来说,其结晶质量明显提高并出现一定取向结晶的趋势,而具体衍射峰没有发生位移或者变化则暗示s-pu更多的残留在了晶界处,并没有参与钙钛矿晶格。接触角测试证明,疏水s-pu的添加有助于提高钙钛矿薄膜表面阻水性,这对器件稳定性有着积极作用(图2 e)。最后,通过x射线光电子能谱,紫外可见光光谱,稳态荧光光谱协同瞬态荧光光谱等测试来证明引入s-pu添加剂后薄膜综合性能的改善(图2 f, g, h)。

图3 薄膜形貌自修复能力检测。(a) 不同拉伸幅度条件下,含有自修复聚氨酯的钙钛矿器件的性能自修复曲线。(b) 极限拉伸幅度条件下(20%),含有自修复聚氨酯的钙钛矿器件的性能自修复曲线。(c) 形貌自修复现象的afm原位检测。 (d) 有无自修复添加剂钙钛矿薄膜在20%拉伸比条件下循环拉伸1000次后的原位xrd 2d图像。(e) 有无自修复添加剂钙钛矿薄膜的力学afm二维图。

基于此,研究者对器件的可拉伸性能进行了深入探究。首先对柔性器件不同拉伸比下的性能进行了监测,对于不含添加剂的钙钛矿薄膜在极小的拉伸幅度下器件性能就发生了明显的衰退,而含有s-pu的钙钛矿薄膜只有当拉伸比为10%时器件性能才会出现下降的趋势,经过100℃退火后器件性能明显恢复至90%以上(图3a)。同时,对极限拉伸条件下的器件性能进行了跟踪测试(拉伸比20%下循环拉伸1000次),同样可以发现,经过简单的退火过程后,含有s-pu的柔性器件性能恢复可达88%,对于不含添加剂的器件则在200次拉伸后就已失效(图3b)。为了直观的证明这种现象,进行了原位afm的测试,可以发现经过退火后产生裂纹的部位形貌会逐渐恢复到无裂纹状态(图3c)。接着进行了xrd的二维原位图谱分析,对于不含添加剂的钙钛矿薄膜器件拉伸400次是就出现了裸漏的pdms特征峰,而含有s-pu的钙钛矿薄膜并没有发生明显变化,进一步证明了这种研究策略的有效性(图3d)。最后,研究者进行了力学afm二维图的测试,对于含有s-pu的钙钛矿薄膜,表面平均杨氏模量要远低于标样,证明了薄膜整体柔韧性的优化(图3e)。

该研究工作以《stretchable perovskite solar cells with extremely recoverable performance》为题在化学领域著名期刊《德国应用化学》上发表。本文第一作者为南昌大学博士研究生孟祥川,共同第一作者为南昌大学硕士研究生邢直。通讯作者为南昌大学/江西师范大学陈义旺教授以及胡笑添研究员,合作通讯作者为暨南大学李风煜教授。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202003813

来源:高分子科学前沿

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? ?钙钛矿结构类型化合物的制备方法主要有传统的高温固相法(陶瓷工艺方法)?、溶胶-凝胶法、水热合成法、高能球磨法和沉淀法,此外还有气相沉积法、超临界干燥法、微乳法及自蔓延高温燃烧合成法等。

钙钛矿结构示意图

溶胶-凝胶法

????溶胶-凝胶法(sol-gel process)是化合物在水或低碳醇溶剂中经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经热处理制备氧化物、复合氧化物和许多固体物质的方法。溶胶-凝胶法中反应前驱体通常为金属无机盐和金属有机盐类,如金属硝酸盐、金属氯化物及金属氧氯化物、金属醇盐、金属醋酸盐、金属草酸盐。溶胶-凝胶法中多以柠檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、硬脂酸等配位性较强的有机酸配体为主。该方法可以用来制备几乎任何组分的六角晶系的型钙钛矿结构的晶体材料,能够保证严格控制化学计量比,易实现高纯化,原料容易获得,工艺简单,反应周期短,反应温度、烧结温度低,产物粒径小,分布均匀。由于凝胶中含有大量的液相或气孔,在热处理过程中不易使颗粒团聚,?得到的产物分散性好。此法存在缺点是处理过程收缩量大,残留小孔,成本高和干燥时开裂。

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水热合成法

????水热合成法(hydrothermal synthesis)是材料在高温高压封闭体系的水溶液(或蒸气等流体)中合成,再经分离和后处理而得到所需材料。水热反应的特点是影响因素较多,如温度、压力、时间、浓度、酸碱度、物料种类、配比、填充度、填料顺序以及反应釜的性能等均对水热合成反应有影响。按研究对象和目的不同,水热法可分为单晶培育、水热合成、水热反应、水热热处理、氧化反应、沉淀反应、水热烧结及水热热压反应等。利用水热法可对材料的晶化度、粒度和形貌进行控制合成,以制备超细、无团聚或少团聚的材料,以及生长单晶球形核壳材料等钙钛矿材料,但不适用于对水敏感的初始材料的制备。

高能球磨法

????高能球磨法(hem法)是利用球磨机的转动或振动使介质对粉体进行强烈的撞击、研磨和搅拌,?把粉体粉碎成纳米级粒子,利用其高速旋转时所产生的能量使固体物质粒子间发生化学反应。球磨原料一般选择微米级的粉体或小尺寸、条带状碎片。在hem机的粉磨过程中,需要合理选择研磨介质(不锈钢球、玛瑙球、碳化钨球、刚玉球、氧化锆球、聚氨酯球等)并控制球料比、研磨时间和合适的入料粒度。高能球磨法和传统高温固相法都是以固态物质为反应物,但高能球磨法不需高温烧结就可获得钙钛矿结构的多种复合氧化物,因此大大提高了产品的分散度,是获得高分散体系的最有效方法之一。

沉淀法

沉淀法是通过化学反应生成的沉淀物,再经过滤、洗涤、干燥及加热分解,制备物质粉末的方法。制备钙钛矿结构类型复合氧化物,可以采用共沉淀法和均相沉淀法。采用的沉淀剂有草酸或草酸盐、碳酸盐、氢氧化物、氨水以及通过水解等反应产生沉淀剂的试剂等。沉淀法简单易行、经济,适合于需求量较大的粉体产物的制备。

batio3钛酸钡基复合材料

batio3钛酸钡基铁电陶瓷材料;钛酸钡基复合晶体粉末材料,钛酸钡陶瓷颗粒金属基复合材料,铁酸铋钛酸钡固溶体基复合材料,钛酸钡基聚合物复合材料

描述:制备形貌良好的batio_3基复合材料的基础上,探究其光电性能和反应原理,为铁电材料在光催化、机电转换等领域的应用奠定基础,提高钛酸钡基复合材料在环境处理,建筑物节能方面的应用潜力。

钛酸钡batio3压电陶瓷纤维及其复合材料

batio3/piezoelectric ceramics?fiber复合材料,

描述:采用溶胶-凝胶法制备钛酸钡溶胶和粉末,并分别采用连续纺丝技术和粉末-溶胶混合挤出技术制备钛酸钡压电陶瓷纤维,系统研究钛酸钡纤维的结构和性能.

掺杂钛酸钡的有机金属卤化物钙钛矿cao 41.24%|tio2 58.76%薄膜材料

掺杂batio3的有机金属卤化物perovskite薄膜材料,sn型有机金属卤化物钙钛矿薄膜

描述:采用掺杂的方法把钛酸钡材料加入到钙钛矿材料当中,使其均匀的分散到钙钛矿溶液当中,然后采用旋涂的方法在介孔二氧化钛薄膜上旋涂含有钛酸钡的钙钛矿层,作为太阳能电池的光吸收层材料.

钛酸钡界面修饰层的钙钛矿材料

阴极界面修饰层改善平面p-i-n型钙钛矿,有机/无机杂化金属卤化物钙钛矿半导体材料

描述:采用pcbm/c_(60)/lif三层阴极界面修饰层(cathode buffer layers,简称cbls)来实现高性能的平面p-i-n型钙钛矿太阳能电池,所制备的器件结构为:ito/pedot:pss/ch_3nh_3pbi_3-x clx/cbls/al。同时研究了pcbm单层以及pcbm/li f双层作为阴极界面修饰层所制备的钙钛矿太阳能电池的器件性能。

钙钛矿型钛酸盐titanate材料

钙钛矿型钛的含氧酸盐复合材料,钙钛矿型纳米材料钛酸盐和钒酸铋复合材料

描述:钙钛矿型钛酸盐材料由于具有优异的电学性能,在电学陶瓷等方面显示了强大的生命力,应用和发展的前景十分广泛,在当代科技领域中占有非常重要的地位。

复合掺杂锆zr钛酸钡陶瓷介电性三氧化二钆材料

钆、锆复合掺杂钛酸钡bati0.9zr0.1o3.xgd2o3粉体及陶瓷材料,锶锆共掺杂对钛酸钡陶瓷材料.

描述:采用溶胶-凝胶法制备了一系列钆、锆复合掺杂钛酸钡bati0.9zr0.1o3.xgd2o3粉体及陶瓷,经sem形貌观察,致密性较好。

钇y?ttrium掺杂锆zr钛酸钡陶瓷材料

稀土元素掺杂锆zr钛酸钡复合材料,zno与y_2o_3共掺杂对还原气氛烧成锆钛酸钡材料

描述:以钛酸钡或钛酸钡基固溶体为主晶相的铁电陶瓷,具有较高的介电常数,良好的铁电、压电、耐压和绝缘性能.

碱土金属(锶|钡)钛酸盐材料

碱土金属(be,mg,ca,sr,ba,ra)钛酸盐材料,钛酸锶钡(basrtio)铁电陶瓷材料

描述:具有钙钛矿结构的材料是一种非常重要的电子陶瓷,通过掺杂可在这类材料中引入大量的电子,空穴,氧空位等缺陷,而其仍然能保持结构稳定.作为典型的钙钛矿型复合氧化物,钛酸锶和钛酸钡具有介电常数高,介电损耗低,稳定性高等优点,被广泛用于传感器,多层陶瓷电容器,正温度系数电阻器等领域,具有重要的应用价值和研究意义.

钛酸钡与铁氧体及其纳米复合颗粒

batio_3钛酸钡与磁性陶瓷及其纳米复合颗粒,0-3型混合共烧钛酸钡/镍锌铁氧体复相陶瓷材料,钛酸钡基及m型钡铁氧体吸波材料

描述:采用共沉淀方法制备出钙钛矿结构纳米batio_3粉体,核壳结构ni-batio_3纳米复合粉体,尖晶石结构cofe_2o_4纳米粉体和磁铅石结构srfe_(12)o_(19)纳米粉体以及两种铁氧体的纳米复合粉体。对制备出的粉体进行了xrd、tem和fesem、磁性、微波吸收性质等分析。 采用低温下共沉淀方法可以直接制备出batio_3纳米粉体和cofe2o4纳米粉体,不需经过热处理过程。

batio3钛酸钡系钙钛矿结构薄膜

铅(钡)基钙钛矿铁电及多铁性薄膜,batio_3(bto)钙钛矿结构铁电氧化物

描述:钛酸钡系薄膜材料由于其丰富的物理性能及广泛的应用前景已成为功能材料与器件研究方面的热点之一,研究核心就是将钛酸钡薄膜与半导体集成技术相结合,通过其铁电、压电、热释电、介电、电光及非线性光学等效应,发挥其在信号存储、转换、调制、开关、传感等应用领域里的作用。

六脚结构钙钛矿钛酸钡单晶纳米颗粒

六脚状钛酸钡纳米晶,六脚状钛酸钡纳米晶为单晶材料

描述:六脚结构钙钛矿钛酸钡单晶纳米颗粒的制备方法,是采用两步水热法制备.首先以钛酸四丁酯为先驱物,用乙二醇单甲醚制得钛的羟基氧化物沉淀,然后以氢氧化钾为矿化剂,水热反应制得k2ti6o13纳米线,再以制得的k2ti6o13纳米线为钛源,以醋酸钡为钡源,koh为矿化剂,进行二次水热反应,得到六脚结构钙钛矿钛酸钡单晶纳米颗粒.

稀土复合掺杂钛酸钡基纳米介电陶瓷材料

ba1-xsrxyyti1-yo3固溶体纳米粉末,稀土钇掺杂纳米钛酸钡基介电陶瓷材料

描述:稀土复合掺杂钛酸钡基纳米介电陶瓷的研制及其性能、结构的研究,电介质陶瓷作为功能陶瓷在传感、电声和电光等技术领域具有广泛的应用价值。

锰mn掺杂对钛酸钡基半导体材料

铌、铈、锰掺杂对钛酸钡基陶瓷材料,纳米钛酸钡和碳酸锰的掺杂亚微米级钛酸钡

描述:功能陶瓷作为一类很重要的基础材料,已经广泛用于日常生活的各个领域。传统的pzt陶瓷也因其具有优良的压电性能和成熟的制备工艺而被大量应用。

复合钙钛矿材料钛酸铋钠na0.5bi0.5tio3(nbt)

稀土掺杂钛酸铋钠纳米粉,稀土掺杂钛酸铋钠钙钛矿材料

描述:通过溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备的稀土掺杂钛酸铋钠纳米粉,相比现有技术合成温度显著下降,可以在200℃-300℃的低温下合成;用所得纳米粉制备的陶瓷块体材料的烧结温度也得到显著下降,在800℃?1000℃的较低温度下合成,而且呈现结晶完好的钙钛矿相结构,在红外光的激发下能够实现上转换发光,相比现有技术其介电特性、铁电特性和压电特性都得到了改善,并且不含铅,环保无污染。

多铁复合材料磁电耦合效应钛酸钡钙钛矿

铁电薄膜多铁复合材料磁电耦合效应钛酸钡钙钛矿,ba_(0.5)sr_(0.5)tio_3铁电薄膜

描述:在一定的温度变化范围之内,多铁材料既具有铁电性,又具有磁性, 还具有铁电相和铁磁相耦合所生的一种新的效应-磁电效应.该材料可以分为单相的多铁材料和复合的多铁材料.

复合材料钛酸钡|镍|铁氧体磁铁

batio3/ni/bao及fe2o3复合材料,batio_3/nife_2o_4复合材料

描述;钛酸钡镍铁氧体铁电性能铁磁性能采用溶胶-凝胶与固相反应相结合的方法制备了xnife2o4/(1-x)batio3(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6)系列复合多铁材料

掺fe钛酸钡层状复合材料

铈掺杂钛酸钡/羰基铁复合粉体吸波材料,羰基铁/钛酸钡复合材料,纳米钛酸钡和羰基铁/钛酸钡复合材料。

描述:不同铁掺杂水平的bati_(1-z)fe_zo_3与tb_(1-x)dy_xfe_(2-y)的层状复合结构的磁电效应,掺fe钛酸钡层状复合结构x射线衍射差热分析。

a(5 )掺杂的k(2x)la2ti(3x)taxo(10)复合物

ag掺杂的k2la2ti3-xagxo10复合催化剂,,cds-k_2la_2ti_(3-x)ag_xo_(10)复合物

描述:用高温固相法制备ta~(5 )掺杂的k_(2-x)la_2ti_(3-x)ta_xo_(10)(x=0.1-1.0)系列层状钙钛矿,用xrd,uv-vis和bet等方法对样品进行表征,研究了钽取代钛对层状钙钛矿镧钛酸钾光催化性能的影响.

钽ta掺杂对层状钙钛矿镧la钛酸钾光催化材料

钙钛矿型层状k_2la_2ti_3o_(10)的光催化,钙钛矿型层状镧钛酸钾(k2la2ti3o10)光催化

描述:镧钛酸钾光催化掺杂插层cdspbs利用太阳能光催化分解水产氢是极具前景的制氢方法,但大部分光催化材料对太阳能的利用率低,制约了光催化制氢的发展。

钙钛矿镧la钛酸钾电子催化材料

钽掺杂对层状钙钛矿镧钛酸钾光催化,多孔性层状钙钛矿型镧铌酸催化剂

描述:k2la2ti3o10的电子密度分布和能带结构等基态物理性质.结果表明,k2la2ti3o10属间接带隙半导体,理论带隙为3.2 ev,其导带主要由ti的3d轨道构成,价带主要由氧的2p轨道构成.钛原子的d电子与镧原子的d电子和氧原子的2p电子之间的轨道杂化对k2la2ti3o10的能带结构和光催化活性有着重要的意义.

巯基苯甲酸(4-mba)修饰tio-2致密层的钙钛矿材料

4-巯基苯甲酸(4-mba)修饰tio2材料?钙钛矿结构类型化合物

描述:巯基苯甲酸(4-mba)修饰tio_2致密层的钙钛矿太阳能电池性能研究。

二氧化钛tio_2基钙钛矿界面修饰太阳能电池材料

二氧化钛tio2修饰太阳能电池材料?钙钛矿结构类型化合物

双硫腙修饰三钛酸钠晶须材料

?diphenylthiocarbazone修饰三钛酸钠晶须材料?钙钛矿结构类型化合物

描述:用浸渍法制备双硫腙修饰的三钛酸钠晶须,再以其为吸附剂富集分离pb(ⅱ)。

tio2修饰钛酸钠纳米管负载au催化剂

(at-stt)氧化钛负载型au催化剂 钙钛矿结构类型化合物

描述:用氧化钛纳米颗粒(at), 钛酸钠纳米管(stt)以及氧化钛修饰的钛酸钠纳米管(at-stt)三种材料作为载体制备负载型au 催化剂,用tem,xrd,氮吸附等技术对催化剂结构进行了表征,比较了这些催化剂在低温(0℃) 条件下对co氧化反应的催化性能.

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