近日，石家庄铁道大学材料学院赵晋津教授团队在有机无机杂化钙钛矿的分解和抑制方面获得新进展。相关研究成果以“General decomposition pathway of organic-inorganic hybrid perovskites through an intermediate superstructure and its suppression mechanism”, 为题发表在材料科学国际知名期刊Advanced Materials《先进材料》影响因子25.809 (Advanced Materials, 2020, doi: 10.1002/adma.202001107)和“Transmission electron microscopy of organic-inorganic hybrid perovskites: myths and truths,”为题发表在中国科学顶刊Science Bulletin《科学通报》(Science Bulletin 2020 , in press, arXiv:2004.12262.)上。

　　有机无机杂化钙钛矿材料的太阳能电池得到了飞速发展，钙钛矿太阳能电池光电转换效率在近十年就从最初的3.8%迅速增长至目前的25.2%，然而电池的的商业化应用却受限于有机无机杂化钙钛矿的结构不稳定性，高温、氧气、水、光照条件甚至电子束辐照均会导致钙钛矿材料分解进而引起器件性能衰减。我校与北京大学、哈尔滨工业大学、中科院深圳先进技术研究院联合开展研究，我校材料学院张颖硕士研究生为共同第一作者，该工作借助于北京大学电子显微镜实验室的电子显微镜，系统研究了有机无机杂化钙钛矿在电子束下的结构不稳定性，揭示了有机无机杂化钙钛矿普适性的分解路径，探究了影响其分解的主要因素，并提出了抑制分解的策略。

　　利用电子衍射技术表明ABX2.5形式的有序空位在有机无机杂化钙钛矿及全无机钙钛矿中是普遍存在，而不仅仅是MAPbI3中的特例，类似于在ABO2.5形式的钙钛矿氧化物中观察到的空位。在MAPbI3上下两面都包覆上薄层的非晶碳后（~10 nm），由于较薄的非晶碳层可以作为扩散的障碍层，进而阻碍碘离子以及甲胺根离子的丢失，通过SEM-EDS的定量分析和形貌演变说明了碳包覆抑制分解的作用，说明包覆可以起到稳定结构抑制分解的作用。同时，利用低电子束剂量成像技术系统地研究了不同实验条件下有机无机杂化钙钛矿的结构不稳定性，揭示了最优的透射电镜表征条件，还探究了不同的加速电压以及钙钛矿暴露的不同晶面对稳定性的影响。这些揭示基于有机无机杂化钙钛矿的太阳能电池在不同的环境中（加热， 光照，电偏压，暴露空气等）的失效机制和应对策略，为推进其商业化应用而奠定基础。