電紡復合鈣鈦礦纖維用于太陽能電池

DOI: 10.1021/acsami.9b05700

有機-無機雜化鈣鈦礦（MeNH₃PbI₃）薄膜太陽能電池已顯示出極高的光轉換效率，使其凈成形為多種應用所需要的柔性器件。模擬表明，與鈣鈦礦纖維相比，鈣鈦礦纖維的光吸收大大增強，而后者需要一維形態的雜化鈣鈦礦加工。研究者在此指出，在惰性條件下進行的定制電紡絲工藝中單步制備MeNH₃PbI₃納米纖維的過程。結果證明了電紡纖維氈的可重現合成，其中纖維尺寸是通過調節聚合物（PVP）含量來定制的。對鈣鈦礦纖維的光致發光研究表明，可能由于應變或電荷限制效應，發射峰發生了藍移。鈣鈦礦雜化納米纖維在柔性和可拉伸光電子學中具有廣闊的應用前景。

圖1.（a）這項工作的總體概念。通過電紡一步法制備鈣鈦礦纖維。（b）與300納米厚的鈣鈦礦層相比，300納米長的鈣鈦礦纖維（直徑300納米）的有限元模擬。對于光纖幾何形狀，吸收率大約是其三倍。

圖2.在靜電紡絲工藝之后直接測量的鈣鈦礦含量為95wt％(樣品3)的非細化MeNH₃PbI₃/PVP纖維的XRD圖譜。 PbI₂-MAI-DMF中間體復合物的低強度反射保留在結構中。反射由參考文獻的CIF文件確定。

圖3.鈣鈦礦纖維的結構作為其聚合物含量的函數。（a，d）高聚合物含量導致較大纖維表面上的細纖維上層結構。（b，e）中等的聚合物負載會在纖維表面形成大的微晶。（c，f）低的PVP含量導致多晶纖維。（g-i）不同水平的聚合物負載量的結構示意圖。

圖4.聚合物含量分別為9％，5％和2％的MeNH₃PbI₃ / PVP纖維的導電AFM圖像。在黑暗和光照環境下進行測量。

圖5.鈣鈦礦含量為95％的纖維的PL光譜。（a）來自光纖網絡中兩個點的示例性PL光譜（請參閱面板c）。（b）樣品的光譜綜合排放。（c）在以面板（a）的兩個光譜峰為中心的光譜帶（以700和750 nm為中心的40 nm寬帶）中收集的發射的空間分布。（d）面板c的兩個面板的重疊。

圖6.時間分辨PL光譜和相關的光學和電子顯微鏡。（a）發射光譜藍移到一層的參考光譜。對于更高的聚合物含量，由于結構效應，光譜會分裂。小鈣鈦礦量子點（直徑2-6 nm，見圖S4）顯示出寬廣的，強烈的藍移發射。（b）應變還會導致PL衰減測量中出現額外的衰減過程。（c）較長波長發射的發射熱點（白色錐體）。（d）熱點與電子顯微照片中可見的大晶粒（紅色標記）重合。