今天要分享的內(nèi)容是我們之前文章（材料熱力學(xué)與動力學(xué)助力穩(wěn)定高效鈣鈦礦太陽能電池）的背景資料，即加拿大麥克馬斯特大學(xué)許谷院士團隊之前基于一維吡咯烷Py鈣鈦礦的晶體學(xué)和濕度、熱學(xué)穩(wěn)定性的系統(tǒng)研究。具體內(nèi)容分別發(fā)表在Chem?Comm和J Mater Chem C（封面文章）雜志上。

盡管具有較高的太陽能轉(zhuǎn)換效率，常規(guī)可見的基于MA，F(xiàn)A，和Cs的鈣鈦礦材料具有極差的濕度和熱穩(wěn)定性，其商業(yè)應(yīng)用發(fā)展困難重重?；诖?，許谷院士創(chuàng)新地指出pyrrolidine（Py，即C4H8NH）作為有機陽離子可以在提高濕度、熱學(xué)穩(wěn)定性的同時，有具有適合太陽能電池的帶隙大小，為解決鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性的難題提出一條全新的思路。該一維鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)如下圖所示，其空間群為P63/mmc，是六方晶系（hexagonal）的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)：六個Py有機陽離子（藍色）以六方的形式排列在鉛-碘八面體的周圍。在該晶體中，鉛-碘八面體的豎直排列有一定的不規(guī)整性，從橫截面c來看，并沒有完全重疊，部分碘原子（紅紫色）被遮蓋，這主要是由于有機長鏈占用空間較大的緣故造成的。

Py一維鈣鈦礦的SEM圖像顯示，其薄膜具有較大的晶區(qū)，極少的晶界，因此非常適合太陽能電池的活性層。吸收光譜測試表明該鈣鈦礦的帶隙大小約為1.8 eV（理論最高效率為26 %）。將該鈣鈦礦薄膜浸入水中1小時，其XRD圖譜變化極小，說明該鈣鈦礦具有極好的抗水性能。此外，將其放置在濕潤環(huán)境中4個月，依然沒有較大的XRD圖譜改變，沒有材料分解發(fā)生。作者指出這種濕度的穩(wěn)定性來源于有機陽離子的疏水特性，阻擋水對晶體的滲入。

作者通過原位XRD對該一維鈣鈦礦的熱穩(wěn)定性在40℃到135℃范圍內(nèi)進行了研究，發(fā)現(xiàn)材料的晶體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生可觀察到的改變，說明材料具有極好的熱穩(wěn)定性。作者指出，優(yōu)良的熱穩(wěn)定性來自于材料獨特的晶體結(jié)構(gòu)，即PbI2的無機鏈的排列是晶面共享（sharing face）的形式，從而導(dǎo)致有機陽離子區(qū)域具有較大的空隙從而可以較為自由的旋轉(zhuǎn)、移動，從而保障了材料在高溫下的熱穩(wěn)定性。

具有良好的濕度和熱學(xué)穩(wěn)定性的材料將解決困擾鈣鈦礦太陽能電池多年的短壽命問題。

標(biāo)題1：Pyrrolidiniumlead iodide from crystallography: a new perovskite with low bandgap and goodwater resistance

作者1：Alex Fan Xu, Ryan Taoran Wang, Lory Wenjuan Yang, Victoria Jarvis, James F. Britten,and Gu Xu

雜志1：Chem.Comm.

原文鏈接1：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cc/c8cc10135c#!divAbstract

標(biāo)題2：Pyrrolidiniumcontaining perovskites with thermal stability and water resistance forphotovoltaics

作者2：Alex Fan Xu, Ryan Taoran Wang, Lory Wenjuan Yang, Na Liu, Qi Chen, Ray LaPierre,Nebile Isik Goktas, and Gu Xu

雜志2: Journal of MaterialsChemistry C

原文鏈接2：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/tc/c9tc02800e#!divAbstract