Two-Step Sequential Blade-Coating Large-Area FA-Based Perovskite Thin Film via a Controlled PbI2 Microstructure

Yongtao Wen Jing Li Xiaofeng Gao Congcong Tian Hao Zhu Guomu Yu Xiaoli Zhang Hyesung Park Fuzhi Huang

Citation:  Yongtao Wen, Jing Li, Xiaofeng Gao, Congcong Tian, Hao Zhu, Guomu Yu, Xiaoli Zhang, Hyesung Park, Fuzhi Huang. Two-Step Sequential Blade-Coating Large-Area FA-Based Perovskite Thin Film via a Controlled PbI2 Microstructure[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(2): 2203048-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202203048 shu

控制碘化铅形貌两步连续刮涂法大面积制备甲脒基钙钛矿薄膜

    通讯作者: ParkHyesung, hspark@unist.ac.kr
    黄福志, fuzhi.huang@whut.edu.cn
  • 基金项目:

    科技部重点研发计划 2019YFE0107200

    科技部重点研发计划 2017YFE0131900

    国家自然科学基金 21875178

    国家自然科学基金 52172230

    国家自然科学基金 91963209

    中央高校基本科研业务费专项资金 202443004

    先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心佛山仙湖实验室开放基金 XDT2020-001

    先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心佛山仙湖实验室开放基金 XHT2020-005

摘要: 钙钛矿太阳能电池在实现高性能光伏器件方面展现出巨大的商业化应用前景,但面临着一个最主要的挑战是开发工业化规模生产的大面积高质量钙钛矿薄膜制备工艺。在本研究中,为解决大面积印刷难题,通过两步连续刮涂法制备甲脒基钙钛矿吸光层。两步法中第一步沉积的PbI2很容易形成致密的薄膜,这将导致后续沉积的有机胺盐无法和PbI2充分完全反应,在钙钛矿薄膜中残留PbI2,这会严重影响载流子的传输。为了实现理想的多孔PbI2薄膜结构,我们通过在PbI2前驱体溶液中引入四亚甲基亚砜(THTO)。通过形成PbI2·THTO络合物,PbI2的结晶过程被有效控制,易形成片状的PbI2晶粒并沿着垂直基底方向上排列,得到了理想的纳米通道。这为后续的有机胺盐渗入提供了理想的纳米通道。最终5 cm × 5 cm模组实现了18.65%的功率转化效率,并具有出色的存储和热稳定性。这一结果展现了两步连续刮涂法策略在制备大面积钙钛矿太阳能电池方面具备一定的优势。

English

    1. [1]

      Yin, W. J.; Shi, T.; Yan, Y. Adv. Mater. 2014, 26, 4653. doi: 10.1002/adma.201306281

    2. [2]

      Cheng, Y. B.; Pascoe, A.; Huang, F. Z.; Peng, Y. Nature 2016, 539, 488. doi: 10.1038/539488a

    3. [3]

      Saliba, M.; Matsui, T.; Domanski, K.; Seo, J. Y.; Ummadisingu, A.; Zakeeruddin, S. M.; Correa-Baena, J. P.; Tress, W. R.; Abate, A.; Hagfeldt, A.; et al. Science 2016, 354, 206. doi: 10.1126/science.aah5557

    4. [4]

      Bu, T. L.; Li, J.; Li, H.Y.; Tian, C. C.; Su, J.; Tong, G.; Ono Luis, K.; Wang, C.; Lin, Z. P.; Chai, N. Y.; et al. Science 2021, 372, 1327. doi: 10.1126/science.abh1035

    5. [5]

      Mo, Y. P.; Wang, C.; Zheng, X. T.; Zhou, P.; Li, J.; Yu, X. X.; Yang, K. Z.; Deng, X.Y.; Park, H.; Huang, F. Z.; et al. Interdiscip. Mater. 2022, (in press). doi: 10.1002/idm2.12022

    6. [6]

      尹媛, 郭振东, 陈高远, 张慧峰, 尹万健. 物理化学学报, 2021, 37, 2008048. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008048Yin, Y., Guo Z. D., Chen, G. Y, Zhang, H. F., Yin, W. J. Acta Phys. -Chim Sin. 2021, 37, 2008048. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008048

    7. [7]

      纪军, 刘新, 黄浩, 蒋皓然, 段明君, 刘本玉, 崔鹏, 李英峰, 李美成. 物理化学学报, 2021, 37, 2008095. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008095Ji, J, Liu, X., Huang, H., Jiang, H. R., Duan, M. J., Liu, B. Y., Cui, P., Li, Y. F., Li, M. C. Acta Phys. -Chim Sin. 2021, 37, 2008095. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008095

    8. [8]

      Min, H.; Lee, D. Y.; Kim, J.; Kim, G.; Lee, K. S.; Kim, J.; Paik, M. J.; Kim, Y. K.; Kim, K. S.; Kim, M. G.; et al. Nature 2021, 598, 444. doi: 10.1038/s41586-021-03964-8

    9. [9]

      Kanda, H.; Dan Mihailetchi, V.; Gueunier-Farret, M. -E.; Kleider, J. -P.; Djebbour, Z.; Alvarez, J.; Philippe, B.; Isabella, O.; Vogt, M. R.; Santbergen, R.; et al. Interdiscip. Mater. 2022, 1, 148. doi: 10.1002/idm2.12006

    10. [10]

      Huang, F. Z.; Dkhissi, Y.; Huang, W. C.; Xiao, M. D.; Benesperi, I.; Rubanov, S.; Zhu, Y.; Lin, X. F.; Jiang, L. C.; Zhou, Y. C.; et al. Nano Energy 2014, 10, 10. doi: 10.1016/j.nanoen.2014.08.015

    11. [11]

      Zhang, M.; Yun, J. S.; Ma, Q. S.; Zheng, J. H.; Lau, C. F. J.; Deng, X. F.; Kim, J.; Kim, D.; Seidel, J.; Green, M. A.; et al. ACS Energy Lett. 2017, 2, 438. doi: 10.1021/acsenergylett.6b00697

    12. [12]

      Dualeh, A.; Tétreault, N.; Moehl, T.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 3250. doi: 10.1002/adfm.201304022

    13. [13]

      Rong, Y.; Hu, Y.; Mei, A.; Tan, H.; Saidaminov, M. I.; Seok, S. I.; McGehee, M. D.; Sargent, E. H.; Han, H. Science 2018, 361, eaat8235. doi: 10.1126/science.aat8235

    14. [14]

      Swartwout, R.; Hoerantner, M. T.; Bulović, V. Energy Environ. Mater. 2019, 2, 119. doi: 10.1002/eem2.12043

    15. [15]

      Rong, Y.; Ming, Y.; Ji, W.; Li, D.; Mei, A.; Hu, Y.; Han, H. J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 2707. doi: 10.1021/acs.jpclett.8b00912

    16. [16]

      Xiao, Y.; Zuo, C.; Zhong, J. X.; Wu, W. Q.; Shen, L.; Ding, L. Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2100378. doi: 10.1002/aenm.202100378

    17. [17]

      Zhang, L.; Lin, B.; Hu, B.; Xu, X.; Ma, W. Adv. Mater. 2018, 30, e1800343. doi: 10.1002/adma.201800343

    18. [18]

      Guo, F.; He, W.; Qiu, S.; Wang, C.; Liu, X.; Forberich, K.; Brabec, C. J.; Mai, Y. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1900964. doi: 10.1002/adfm.201900964

    19. [19]

      He, M.; Li, B.; Cui, X.; Jiang, B.; He, Y.; Chen, Y.; O'Neil, D.; Szymanski, P.; Ei-Sayed, M. A.; Huang, J.; et al. Nat. Commun. 2017, 8, 16045. doi: 10.1038/ncomms16045

    20. [20]

      Hu, H. L.; Ren, Z. W.; Fong, P. W. K.; Qin, M. C.; Liu, D. J.; Lei, D. Y.; Lu, X. H.; Li, G. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1900092. doi: 10.1002/adfm.201900092

    21. [21]

      Jeong, D. -N.; Lee, D. -K.; Seo, S.; Lim, S. Y.; Zhang, Y.; Shin, H.; Cheong, H.; Park, N. -G. ACS Energy Lett. 2019, 4, 1189. doi: 10.1021/acsenergylett.9b00042

    22. [22]

      Yang, M.; Li, Z.; Reese, M. O.; Reid, O. G.; Kim, D. H.; Siol, S.; Klein, T. R.; Yan, Y.; Berry, J. J.; van Hest, M. F. A. M.; et al. Nat. Energy 2017, 2, 17038. doi: 10.1038/nenergy.2017.38

    23. [23]

      Zheng, X.; Deng, Y.; Chen, B.; Wei, H.; Xiao, X.; Fang, Y.; Lin, Y.; Yu, Z.; Liu, Y.; Wang, Q.; et al. Adv. Mater. 2018, 30, e1803428. doi: 10.1002/adma.201803428

    24. [24]

      Deng, Y. H.; Zheng, X. P.; Bai, Y.; Wang, Q.; Zhao, J. J.; Huang, J. S. Nat. Energy 2018, 3, 560. doi: 10.1038/s41560-018-0153-9

    25. [25]

      Tait, J. G.; Merckx, T.; Li, W.; Wong, C.; Gehlhaar, R.; Cheyns, D.; Turbiez, M.; Heremans, P. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3393. doi: 10.1002/adfm.201501039

    26. [26]

      Deng, Y. H.; Peng, E.; Shao, Y. C.; Xiao, Z. G.; Dong, Q. F.; Huang, J. S. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 1544. doi: 10.1039/c4ee03907f

    27. [27]

      Deng, Y. H.; Van Brackle, C. H.; Dai, X. Z.; Zhao, J. J.; Chen, B.; Huang, J. S. Sci. Adv. 2019, 5, eaax7537. doi: 10.1126/sciadv.aax7537

    28. [28]

      卢岳, 葛杨, 隋曼龄. 物理化学学报, 2022, 38, 2007088. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007088Lu, Y., Ge Y., Sui, M. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2007088. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007088

    29. [29]

      Min, H.; Kim, M.; Lee, S. -U.; Kim, H.; Kim, G.; Choi, K.; Lee Jun, H.; Seok Sang, I. Science 2019, 366, 749. doi: 10.1126/science.aay7044

    30. [30]

      Kim, M.; Kim, G. -H.; Lee, T. K.; Choi, I. W.; Choi, H. W.; Jo, Y.; Yoon, Y. J.; Kim, J. W.; Lee, J.; Huh, D.; et al. Joule 2019, 3, 2179. doi: 10.1016/j.joule.2019.06.014

    31. [31]

      Wang, M. H.; Tan, S. U.; Zhao, Y. P.; Zhu, P. C.; Yin, Y. F.; Feng, Y. L.; Huang, T. Y.; Xue, J. J.; Wang, R.; Han, G. S.; et al. Adv. Funct. Mater. 2020, 31, 2007520. doi: 10.1002/adfm.202007520

    32. [32]

      Nan, Z. A.; Chen, L.; Liu, Q.; Wang, S. H.; Chen, Z. X.; Kang, S. Y.; Ji, J. B.; Tan, Y. Y.; Hui, Y.; Yan, J. W.; et al. Chem 2021, 7, 2513. doi: 10.1016/j.chempr.2021.07.011

    33. [33]

      Doherty, T. A. S.; Nagane, S.; Kubicki, D. J.; Jung, Y. -K.; Johnstone, D. N.; Iqbal, A. N.; Guo, D. Y.; Frohna, K.; Danaie, M.; Tennyson, E. M.; et al. Science 2021, 374, 1598. doi: 10.1126/science.abl4890

    34. [34]

      Yang, F.; Dong, L. R.; Jang, D. J.; Tam, K. C.; Zhang, K. C.; Li, N.; Guo, F.; Li, C.; Arrive, C.; Bertrand, M.; et al. Adv. Energy Mater. 2020, 10, 2001869. doi: 10.1002/aenm.202001869

    35. [35]

      Li, Z.; Klein, T. R.; Kim, D. H.; Yang, M. J.; Berry, J. J.; van Hest, M. F. A. M.; Zhu, K. Nat. Rev. Mater. 2018, 3, 18017. doi: 10.1038/natrevmats.2018.17

    36. [36]

      Chen, H. N. Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1605654. doi: 10.1002/adfm.201605654

    37. [37]

      Zhang, W. H.; Xiong, J.; Jiang, L.; Wang, J. Y.; Mei, T.; Wang, X. B.; Gu, H. S.; Daoud, W. A.; Li, J. H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 38467. doi: 10.1021/acsami.7b10994

    38. [38]

      Zhang, H.; Mao, J.; He, H. X.; Zhang, D.; Zhu, H. L.; Xie, F. X.; Wong, K. S.; Gratzel, M.; Choy, W. C. H. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1501354. doi: 10.1002/aenm.201501354

    39. [39]

      Hui, W.; Chao, L. F.; Lu, H.; Xia, F.; Wei, Q.; Su, Z. H.; Niu, T. T.; Tao, L.; Du, B.; Li, D.; et al. Science 2021, 371, 1359. doi: 10.1126/science.abf7652

    40. [40]

      Zhang, J. W.; Bu, T. L.; Li, J.; Li, H. Y.; Mo, Y. P.; Wu, Z. L.; Liu, Y. F.; Zhang, X. L.; Cheng, Y. B.; Huang, F. Z. J. Mater. Chem. A 2020, 8, 8447. doi: 10.1039/d0ta02043e

    41. [41]

      Foley, B. J.; Girard, J.; Sorenson, B. A.; Chen, A. Z.; Scott Niezgoda, J.; Alpert, M. R.; Harper, A. F.; Smilgies, D. -M.; Clancy, P.; Saidi, W. A.; et al. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 113. doi: 10.1039/c6ta07671h

    42. [42]

      Wang, S. B.; Chen, Y. Q.; Li, R. Y.; Xu, Y. B.; Feng, J. S.; Yang, D.; Yuan, N. Y.; Zhang, W. H.; Liu, S. F.; Ding, J. N. Adv. Sci. 2020, 7, 1903009. doi: 10.1002/advs.201903009

    43. [43]

      Ye, F. H.; Ma, J. J.; Chen, C.; Wang, H. B.; Xu, Y. H.; Zhang, S. P.; Wang, T.; Tao, C.; Fang, G. J. Adv. Mater. 2021, 33, e2007126. doi: 10.1002/adma.202007126

    44. [44]

      Jiang, Q.; Chu, Z.; Wang, P. Y.; Yang, X.; Liu, H.; Wang, Y.; Yin, Z. G.; Wu, J. L.; Zhang, X. W.; You, J. B. Adv. Mater. 2017, 29, 1703852. doi: 10.1002/adma.201703852

    45. [45]

      Tumen-Ulzii, G.; Qin, C.; Klotz, D.; Leyden, M. R.; Wang, P.; Auffray, M.; Fujihara, T.; Matsushima, T.; Lee, J. -W.; Lee, S. -J.; et al. Adv. Mater. 2020, 32, 1905035. doi: 10.1002/adma.201905035

    46. [46]

      Liu, F. Z.; Dong, Q.; Wong, M. K.; Djurišić, A. B.; Ng, A.; Ren, Z. W.; Shen, Q.; Surya, C.; Chan, W. K.; Wang, J.; et al. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502206. doi: 10.1002/aenm.201502206

    47. [47]

      Bu, T. L.; Li, J.; Huang, W. C.; Mao, W. X.; Zheng, F.; Bi, P. Q.; Hao, X. T.; Zhong, J.; Cheng, Y. B.; Huang, F. Z. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 6793. doi: 10.1039/c8ta12284a

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  4
  • 文章访问数:  160
  • HTML全文浏览量:  14
文章相关
  • 发布日期:  2023-02-15
  • 收稿日期:  2022-03-28
  • 接受日期:  2022-04-25
  • 修回日期:  2022-04-22
  • 网络出版日期:  2022-04-29
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章