发布日期：2025-01-02 11:02    点击次数：85

钙钛矿薄膜质量是器件性能好坏的关键性因素之一。通常采用简单的一步溶液旋涂方法制备钙钛矿薄膜,即将前驱溶液旋涂在基底上,然后退火晶化形成薄膜。该方法简单易行,但最大的问题是制备出来的薄膜不够平整,易出现孔洞,导致电池整体性能下降。也有研究者利用气相法制备平整的钙钛矿薄膜,但制备过程复杂,同时增加生产成本,所以溶液法仍得到大多数研究者的关注。因此,理解溶液法中钙钛矿薄膜的结晶过程,进而提高薄膜质量是非常有必要的。钙钛矿薄膜结晶受很多因素影响,其中一个因素就是环境湿度,这是因为该材料中的有机基团有很强的吸水性。为了研究钙钛矿薄膜在不同湿度下结晶的性质,首先我们利用一步溶液旋涂法在四个湿度条件下制备了CH_3NH_3PbI_3和CH_3NH_3PbI_3-x Clx薄膜。实验现象表明随着环境湿度的增加,两种薄膜都呈现岛状结晶形貌,覆盖率明显下降,这导致光透过率增加,载流子寿命降低,基于这些薄膜的太阳电池效率也因此而下降。通过进一步观察薄膜形貌随退火时间变化的关系,我们分析了这些差异出现的原因,由于材料易吸水性引起的过饱和度变化在结晶过程中起着很关键的作用。在高湿度的环境下,较低的过饱和度会引起成核密度降低,钙钛矿薄膜更容易形成岛状形貌,没有成核的区域最终成为了薄膜中的孔洞。而在退火阶段,高湿度的环境会减缓薄膜的生长速率,有利于结晶性的提高和缺陷态密度的降低。结合两者的优势,我们发现在低湿度下旋涂然后在高湿度下退火的CH_3NH_3PbI_3-x Clx薄膜同时展现了较好的覆盖率和结晶性,相应的电池性能也有所提升。因此,快速的成核后适度的晶体生长速率可能更有利于生成高质量的钙钛矿薄膜。