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吸附在单层 PbI2 上的添加剂分子:钙钛矿太阳能电池溶剂工程的原子机制
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-06-29 , DOI: 10.1021/acsami.3c05933
Hongfei Chen 1 , Qiye Guan 1 , Hejin Yan 1 , Xiangyue Cui 1 , Zheng Shu 1 , Yongqing Cai 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-06-29 , DOI: 10.1021/acsami.3c05933
Hongfei Chen 1 , Qiye Guan 1 , Hejin Yan 1 , Xiangyue Cui 1 , Zheng Shu 1 , Yongqing Cai 1
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溶剂工程对于太阳能电池用高质量金属卤化物钙钛矿材料的大规模合成至关重要。含有多种残留物质的胶体的复杂性给溶剂配方的设计带来了很大的困难。了解溶剂-碘化铅 (PbI 2 ) 加合物的能量学可以定量评估溶剂的配位能力。在此,进行第一性原理计算以探索各种有机溶剂(Fa、AC、DMSO、DMF、GBL、THTO、NMP 和 DPSO)与 PbI 2 的相互作用。我们的研究建立了能量学层次结构,相互作用顺序为 DPSO > THTO > NMP > DMSO > DMF > GBL。与形成紧密溶剂-Pb键的常见概念不同,我们的计算表明DMF和GBL不能形成直接溶剂-Pb 2+键合。其他溶剂基,如 DMSO、THTO、NMP 和 DPSO,形成直接溶剂-Pb 键,该键穿透顶部碘平面,具有比 DMF 和 GBL 更强的吸附作用。强溶剂-PbI 2粘附力(即DPSO、NMP和DMSO)与高配位能力相关,解释了钙钛矿溶质的低挥发性、延迟沉淀以及实验中大晶粒尺寸的趋势。相反,弱耦合溶剂-PbI 2加合物(即 DMF)引起溶剂的快速蒸发,因此观察到高成核密度和小钙钛矿晶粒。我们首次揭示了碘空位上方吸收的促进,这意味着需要对 PbI 2进行预处理(如真空退火)以稳定溶剂-PbI 2加合物。我们的工作从原子尺度的角度对溶剂-PbI 2加合物的强度进行了定量评估,这使得可以对溶剂进行选择性工程设计以获得高质量的钙钛矿薄膜。
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更新日期:2023-06-29
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