《JMCC》综述：CsPbI3纳米晶薄膜，更稳定更高效！

钙钛矿纳米晶（NCs）由于其在光电子器件中的广泛应用，近年来受到了前所未有的关注。在所有的无机钙钛矿中，CsPbI₃具有最接近理想的太阳能电池带隙。CsPbI₃基器件发展迅速，但同时也显示出三种卤化物钙钛矿中最不稳定的一种。因此，迫切需要找到改善其稳定性和提高其效率的治疗方法，从而最大限度地提高其适用性。

本文综述了近年来CsPbI₃-NC薄膜的研究进展，重点介绍了提高其稳定性的处理方法，以及有助于提高其光电器件效率的光物理过程。相关论文以题目为“CsPbI₃ nanocrystal films: towards higher stability and efficiency”发表在Journal of Materials Chemistry C 期刊上。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/tc/d0tc04475j#!divAbstract

无机钙钛矿纳米晶（IP-NCs）由于其优异的光学性能、易制备和稳定性等优点，成为当前研究的热点。NCs不同于体钙钛矿，因为量子限制效应产生了诸如尺寸依赖性光致发光（PL）、高表面/体积比、高光致发光量子产率（PLQY）和增强的相稳定性等特性。在太阳能电池设备中应用钙钛矿NCs，据报道，效率从2016年的10.77%上升到高达17.39%（图1a）。同时，钙钛矿具有极高的色纯度和易于调谐的发光特性，是一种很有前途的发光材料。显然，这些材料在下一代光伏发电（PV）方面有着巨大的潜力。

在无机钙钛矿卤化物中，红色钙钛矿CsPbI₃的禁带最接近理想禁带1.3 eV。众所周知，金属卤化物钙钛矿在高温下是不稳定的，水，极性溶剂，氧气和光，这阻碍了他们的商业应用。当前提出了几种提高稳定性和延缓其性能退化的策略。例如，当CsPbI₃薄膜浸泡在水中数小时内降解时，经过处理的NC薄膜在长达一个月的时间内表现出稳定的光学性能。在高湿度和高温下储存的NCs也得到了类似的改进。除了稳定性之外，功率转换效率（PCE）也是光伏应用的关键因素。

为了获得高效率的器件，NCs必须被组装成致密有序的薄膜，具有优良的结构和电荷传输特性。应用不同的处理方法，除了可以提高稳定性外，还可以提高PCE，这是由于NCs的电子耦合不良或NC晶格中的界面散射或缺陷所限制的。已经设计了许多化学处理来增强NC耦合并允许更高的电荷载流子迁移率。对钙钛矿型纳米晶的研究主要集中在其它的卤化铅上，而红色的CsPbI₃钙钛矿型纳米晶却很少受到关注。然而，报道其治疗和稳定性的出版物数量最近有所增加（图1b）。

图1 CsPbI₃纳米晶薄膜的研究。（a）最近报道了基于CsPbI₃纳米晶薄膜的光伏电池效率。（b）最近报告的CsPbI₃NC薄膜开发（稳定性、光子循环、载流子倍增和激子效应）。

图2处理后的CsPbI₃NCs的稳定性。（a）HMS-CsPbI₃NCs薄膜的原位XRD测量。（b）CsPbI₃和AET-CsPbI₃NCs薄膜在水中浸泡不同时间后的发光强度。插图：水中CsPbI₃和AET-CsPbI₃样品的照片。（c）经处理和未经处理的NC薄膜的PL曲线如（b）所示。插图显示了样品和相应的PLQY。

图3光学增益，激子效应。（a）不同激子类型和相关双激子结合能的示意图。（b）Dxx表示不同的激发过剩能量（红色）。观察到Dxx随过剩能量的快速初始增加。（c和d）双激子结合能作为泵-泵-探针不同配置延迟时间的函数实验。（e）CsPbBr₃NCs在不同激发功率下的PL光谱（增加用黑色箭头表示），显示在较高激发功率下ASE的尖峰开始出现。面板显示样品厚度为20和1000nm，较厚层显示出较强的ASE峰红移，这种效应归因于较厚层中的重吸收

图4（a）实验示意图显示了不同的激发和收集位置。（b）测量和计算了765和800nm处的光发射，作为距离的函数。（c）实验观察到PL光谱与分离距离的函数关系。（d）计算发射光谱作为分离距离的函数。

本文综述了近年来红色钙钛矿型纳米晶薄膜器件的研究动态，重点介绍了实现高稳定性和高效率的有效途径。(文：爱新觉罗星)