兰州大学AEM综述：2D钙钛矿太阳能电池的结晶动力学
Nanoyu
与3D钙钛矿相比，2D钙钛矿显示出更高的水稳定性、氧含量、热稳定性和更低的离子迁移/相变过程。这些优势使得2D钙钛矿在光伏领域的商业应用中具有巨大的潜力。然而，其有机层的水平排列严重阻碍了载流子的传输，因此，2D钙钛矿太阳能电池（PSCs）的功率转换效率（PCE）明显低于3D PSCs。控制结晶取向以实现快速的载流子传输可以有效地避免或减少这种不利影响。因此，深入了解2D钙钛矿薄膜的形成机理和结晶动力学对于开发高性能的2D PSCs至关重要。
有鉴于此，兰州大学靳志文教授，慈志鹏副教授综述了2D钙钛矿材料结晶动力学的研究进展。
文章要点
1）作者首先从晶体结构和量子阱结构两个方面阐述了2D和3D钙钛矿结构的异同。
2）作者接下来总结了D钙钛矿的稳定性的来源。与3D相比，具有独特结构的2D钙钛矿具有更高的稳定性，这归因于疏水性有机分子的引入，可防止水分，氧气，离子迁移，并形成位阻以防止相变。
3）2D钙钛矿的天然多相QW导致低载流子分离和缓慢的电荷转移（被非导电有机层阻止），直接降低2D PSC的效率。然而，垂直于电极的晶体取向有利于载流子传输。因此，深入了解2D钙钛矿薄膜的形成机理和结晶动力学至关重要。广泛的研究表明，前体溶液的成分，旋铸过程中的结晶过程以及退火对钙钛矿薄膜的最终质量（QW分布和晶体取向）有很大影响。作者概述了2D钙钛矿形成的机理以及调节结晶取向的有效方法。
4）将不同类型的有机分子引入3D钙钛矿将形成具有不同结构的2D钙钛矿。2D钙钛矿有三种常见类型：R-P，D-J和ACI。此外，就无机CsPbX3，无铅和2D/3D混合而言，2D钙钛矿PSCs也很出色。作者从结构分类和三种PSCs应用中总结了2D PSCs的性能。
5）当前，与3D PSCs相比，2D PSCs表现出优越的稳定性，并且已得到广泛研究。但是，仍然存在一些尚未完全解释的机制，并且需要解决一些关键问题。作者最后总结了2D钙钛矿研究存在的问题和挑战以及未来的研究前景，包括：i）膜厚影响二维钙钛矿晶体取向的机理；ii）QW的晶体取向和分布；iii）晶格匹配与晶体取向之间的关系；iv）实现2D钙钛矿的高效自组装。
Youkui Xu, et al, Crystallization Kinetics in 2D Perovskite Solar Cells, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202002558
https://doi.org/10.1002/aenm.202002558