摘要
硫氰酸根阴离子钙钛矿具有独特的晶体结构和光电性质，由其构成的结构式为A2PbI2(SCN)2晶体是一种典型的二维钙钛矿材料。当A为Cs时，构成的Cs2PbI2(SCN)2的结构中一个Pb原子被四个碘原子和两个SCN基团包围，卤原子由最邻近的两个Pb原子共享。近年来，A位采用长链阳离子构成的层状钙钛矿已被广泛研究，而由阴离子SCN-构成的层状钙钛矿研究较少。以Cs2PbI2(SCN)2为光吸收剂的平面异质结太阳电池，在二维层状钙钛矿电池中，具有较高的光电转换效率。这得益于SCN-离子的超小中间层间距，有利于层间电荷的传输。此外，与传统的阳离子层状钙钛矿和三维钙钛矿相比，Cs2PbI2(SCN)2具有出色的光电探测性能。因此，Cs2PbI2(SCN)2在钙钛矿电池和光电探测器方面都具有很大的应用潜力。 本文首先采用溶液法，在CsI与Pb(SCN)2摩尔比为2∶1的Cs2PbI2(SCN)2前驱体溶液中引入少量的FACl、CsCl、MACl等不同含氯添加剂，研究了不同含氯添加剂中阳离子尺寸对电池性能的影响。研究结果表明，当采用FACl作添加剂时，通过生成中间相实现了对薄膜结晶的调控。在真空退火过程中，FA+离子先进入钙钛矿的晶格，由于FA+离子较大，线性SCN-阴离子对八面体之间插入的阳离子的尺寸有严格的限制，随着退火时间的延长，FA+离子随后会被排出八面体外，存在于钙钛矿薄膜表面或者晶界处，与Cl-离子一起钝化薄膜表面的缺陷。同时因为FA+离子的作用，实现了高质量Cs2PbI2(SCN)2薄膜的制备，当引入确定量FACl作添加剂时，电池展现了最优的光电特性。在此基础上，通过在钙钛矿薄膜表面旋涂PTABr溶液，有效改善了钙钛矿薄膜与空穴传输材料之间的浸润性。同时因为PTA具有良好的疏水性，旋涂后附着在钙钛矿表面，可以有效提高电池的湿度稳定性。随着退火时间的延长，PTABr薄膜表面的Br-离子逐渐进入钙钛矿的晶格并在一定程度上改善薄膜结晶特性，引起薄膜在紫外可见吸收光谱上的吸收边蓝移，同时提高薄膜的稳定性。最终Cs2PbI2(SCN)2钙钛矿电池实现了4.53％光电转换效率，为目前该类电池效率的最高值。其中短路电流为8.75mA/cm2，开路电压为0.89V，填充因子58.45％。此外，将最优器件在氮气手套箱中储存30天，器件的光电转换效率仅衰减了18％左右，展现了良好的稳定性。
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