Highly Moisture Resistant 5-Aminovaleric Acid Crosslinked CH3NH3PbBr3 Perovskite Film with ALD-Al2O3 Protection

Tian Wang Taiyang Zhang Yuetian Chen Yixin Zhao

Citation:  Wang Tian, Zhang Taiyang, Chen Yuetian, Zhao Yixin. Highly Moisture Resistant 5-Aminovaleric Acid Crosslinked CH3NH3PbBr3 Perovskite Film with ALD-Al2O3 Protection[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(4): 200702. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007021 shu

ALD-Al2O3涂层保护的高抗湿5-氨基戊酸铰链甲胺铅溴钙钛矿薄膜

    通讯作者: 陈悦天, yuetian.chen@sjtu.edu.cn
    赵一新, yixin.zhao@sjtu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21777096

    国家自然科学基金 51861145101

    国家自然科学基金(51861145101, 21777096)和上海市教委曙光计划(17SG11)资助项目

    上海市教委曙光计划 17SG11

摘要: 近年来,混合铅卤钙钛矿材料在光电领域引发的研究热潮引人注目。然而,钙钛矿材料对水和氧气的敏感性严重的阻碍了其实用化进程。在众多的稳定钙钛矿的方法中,利用简单的原子层沉积方法(Atomic layer deposition,ALD)在钙钛矿表面沉积一层保护层的技术具有极大的潜力。而ALD应用的困难在于,在常规的ALD过程中,做为氧源的H2O和O3对铅卤钙钛矿有着腐蚀作用。在本文,我们提出将双官能团的5-氨基戊酸(5-Aminovaleric acid,AVA)引入到CH3NH2PbBr3 (MAPbBr3)钙钛矿晶格层中,形成稳定的铰链结构的2D/3D钙钛矿AVA(MAPbBr3)2。AVA的引入可以钝化并防止ALD过程中水对钙钛矿的侵蚀,从而成功地直接在钙钛矿表面沉积了Al2O3保护层。覆盖了保护层的AVA(MAPbBr3)2钙钛矿薄膜获得了优异的热稳定性和抗水性。

English

    1. [1]

      Jena, A. K.; Kulkarni, A.; Miyasaka, T. Chem. Rev. 2019, 119, 3036. doi: 10.1021/acs.chemrev.8b00539

    2. [2]

      Quan, L. N.; Rand, B. P.; Friend, R. H.; Mhaisalkar, S. G.; Lee, T. W.; Sargent, E. H. Chem. Rev. 2019, 119, 7444. doi: 10.1021/acs.chemrev.9b00107

    3. [3]

      Sutherland, B. R.; Sargent, E. H. Nat. Photonics 2016, 10, 295. doi: 10.1038/Nphoton.2016.62

    4. [4]

      Fu, Y.; Zhu, H.; Chen, J.; Hautzinger, M. P.; Zhu, X. Y.; Jin, S. Nat. Rev. Mater. 2019, 4, 169. doi: 10.1038/s41578-019-0080-9

    5. [5]

      黄杨, 孙庆德, 徐文, 何垚, 尹万健.物理化学学报, 2017, 33, 1730. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705042Huang, Y.; Sun, Q. D.; Xu, W., He, Y.; Yin, W. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 1730. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705042

    6. [6]

      肖娟, 张浩力.物理化学学报, 2016, 32, 1894. doi: 10.3866/PKU.WHXB201605034Xiao, J.; Zhang, H. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 1894. doi: 10.3866/PKU.WHXB201605034

    7. [7]

      Jeon, N. J.; Noh, J. H.; Kim, Y. C.; Yang, W. S.; Ryu, S.; Seok, S. I. Nat. Mater. 2014, 13, 897. doi: 10.1038/nmat4014

    8. [8]

      Malinkiewicz, O.; Yella, A.; Lee, Y. H.; Espallargas, G. M.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K.; Bolink, H. J. Nat. Photonics 2014, 8, 128. doi: 10.1038/nphoton.2013.341

    9. [9]

      Xing, G.; Mathews, N.; Sun, S.; Lim, S. S.; Lam, Y. M.; Grätzel, M.; Mhaisalkar, S.; Sum, T. C. Science 2013, 342, 344. doi: 10.1126/science.1243167

    10. [10]

      Tan, Z. K.; Moghaddam, R. S.; Lai, M. L.; Docampo, P.; Higler, R.; Deschler, F.; Price, M.; Sadhanala, A.; Pazos, L. M.; Credgington, D. Nat. Nanotech. 2014, 9, 687. doi: 10.1038/nnano.2014.149

    11. [11]

      Hoye, R. L.; Chua, M. R.; Musselman, K. P.; Li, G.; Lai, M. L.; Tan, Z. K.; Greenham, N. C.; MacManus-Driscoll, J. L.; Friend, R. H.; Credgington, D. Adv. Mater. 2015, 27, 1414. doi: 10.1002/adma.201405044

    12. [12]

      Yang, W. S.; Noh, J. H.; Jeon, N. J.; Kim, Y. C.; Ryu, S.; Seo, J.; Seok, S. I. Science 2015, 348, 1234. doi: 10.1126/science.aaa9272

    13. [13]

      Wang, X.; Wang, Y.; Zhang, T.; Liu, X.; Zhao, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 132, 1485. doi: 10.1002/anie.201911518

    14. [14]

      Wang, Y.; Dar, M. I.; Ono, L. K.; Zhang, T.; Kan, M.; Li, Y.; Zhang, L.; Wang, X.; Yang, Y.; Gao, X., et al. Science 2019, 365, 591. doi: 10.1126/science.aav8680

    15. [15]

      Zhao, Y.; Zhu, K. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 655. doi: 10.1039/c4cs00458b

    16. [16]

      Niu, G.; Guo, X.; Wang, L. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 8970. doi: 10.1039/c4ta04994b

    17. [17]

      Leijtens, T.; Eperon, G. E.; Pathak, S.; Abate, A.; Lee, M. M.; Snaith, H. J. Nat. Commun. 2013, 4, 2885. doi: 10.1038/ncomms3885

    18. [18]

      葛杨, 牟许霖, 卢岳, 隋曼龄.物理化学学报, 2020, 36, 1905039. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905039Ge, Y.; Mu, X. L.; Lu, Y.; Sui, M. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1905039. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905039

    19. [19]

      Yang, J.; Siempelkamp, B. D.; Liu, D.; Kelly, T. L. ACS Nano 2015, 9, 1955. doi: 10.1021/nn506864k

    20. [20]

      Dualeh, A.; Tétreault, N.; Moehl, T.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 3250. doi: 10.1002/adfm.201304022

    21. [21]

      Christians, J. A.; Miranda Herrera, P. A.; Kamat, P. V. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1530. doi: 10.1021/ja511132a

    22. [22]

      Niu, G.; Li, W.; Meng, F.; Wang, L.; Dong, H.; Qiu, Y. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 705. doi: 10.1039/C3TA13606J

    23. [23]

      Kim, I. S.; Martinson, A. B. F. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 20092. doi: 10.1039/c5ta07186k

    24. [24]

      Tiep, N. H.; Ku, Z.; Fan, H. J. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1501420. doi: 10.1002/aenm.201501420

    25. [25]

      Frost, J. M.; Butler, K. T.; Brivio, F.; Hendon, C. H.; van Schilfgaarde, M.; Walsh, A. Nano Lett. 2014, 14, 2584. doi: 10.1021/nl500390f

    26. [26]

      Kato, Y.; Ono, L. K.; Lee, M. V.; Wang, S.; Raga, S. R.; Qi, Y. Adv. Mater. Interfaces 2015, 2, 1500195. doi: 10.1002/admi.201500195

    27. [27]

      Kim, A.; Lee, H.; Kwon, H. C.; Jung, H. S.; Park, N. G.; Jeong, S.; Moon, J. Nanoscale 2016, 8, 6308. doi: 10.1039/C5NR04585A

    28. [28]

      Clever, H. L.; Johnston, F. J. J. Phys. Chem.Ref. Data 1980, 9, 751. doi: 10.1063/1.555628

    29. [29]

      Leijtens, T.; Eperon, G. E.; Noel, N. K.; Habisreutinger, S. N.; Petrozza, A.; Snaith, H. J. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500963. doi: 10.1002/aenm.201500963

    30. [30]

      Si, H.; Liao, Q.; Zhang, Z.; Li, Y.; Yang, X.; Zhang, G.; Kang, Z.; Zhang, Y. Nano Energy 2016, 22, 223. doi: 10.1016/j.nanoen.2016.02.025

    31. [31]

      Choudhury, D.; Rajaraman, G.; Sarkar, S. K. Nanoscale 2016, 8, 7459. doi: 10.1039/C5NR06974B

    32. [32]

      George, S. M. Chem. Rev. 2010, 110, 111. doi: 10.1021/cr900056b

    33. [33]

      Dong, X.; Hu, H.; Lin, B.; Ding, J.; Yuan, N. Chem. Commun 2014, 50, 14405. doi: 10.1039/c4cc04685d

    34. [34]

      Wang, L.; Travis, J. J.; Cavanagh, A. S.; Liu, X.; Koenig, S. P.; Huang, P. Y.; George, S. M.; Bunch, J. S. Nano Lett. 2012, 12, 3706. doi: 10.1021/nl3014956

    35. [35]

      Prasittichai, C.; Hupp, J. T. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 1611. doi: 10.1021/jz100361f

    36. [36]

      Antila, L. J.; Heikkilä, M. J.; Aumanen, V.; Kemell, M.; Myllyperkiö, P.; Leskelä, M.; Korppi-Tommola, J. E. J. Phys. Chem. Lett. 2009, 1, 536. doi: 10.1021/jz9003075

    37. [37]

      Dong, X.; Fang, X.; Lv, M.; Lin, B.; Zhang, S.; Ding, J.; Yuan, N. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 5360. doi: 10.1039/c4ta06128d

    38. [38]

      Koushik, D.; Verhees, W. J. H.; Kuang, Y.; Veenstra, S.; Zhang, D.; Verheijen, M. A.; Creatore, M.; Schropp, R. E. I. Energy Environ. Sci. 2017, 10, 91. doi: 10.1039/c6ee02687g

    39. [39]

      Kot, M.; Das, C.; Wang, Z.; Henkel, K.; Rouissi, Z.; Wojciechowski, K.; Snaith, H. J.; Schmeisser, D. ChemSusChem 2016, 9, 3401. doi: 10.1002/cssc.201601186

    40. [40]

      Miikkulainen, V.; Leskelä, M.; Ritala, M.; Puurunen, R. L. J. Appl. Phys. 2013, 113, 2. doi: 10.1063/1.4757907

    41. [41]

      Kim, J.; Kwon, D.; Chakrabarti, K.; Lee, C.; Oh, K.; Lee, J. J. Appl. Phys. 2002, 92, 6739. doi: 10.1063/1.1515951

    42. [42]

      Higashi, G.; Fleming, C. Appl. Phys. Lett. 1989, 55, 1963. doi: 10.1063/1.102337

    43. [43]

      Raiford, J. A.; Oyakhire, S. T.; Bent, S. F. Energy Environ. Sci. 2020, 13, 1997. doi: 10.1039/d0ee00385a

    44. [44]

      Koushik, D.; Hazendonk, L.; Zardetto, V.; Vandalon, V.; Verheijen, M. A.; Kessels, W. M. M.; Creatore, M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 5526. doi: 10.1021/acsami.8b18307

    45. [45]

      Saliba, M.; Matsui, T.; Seo, J. Y.; Domanski, K.; Correa-Baena, J. P.; Nazeeruddin, M. K.; Zakeeruddin, S. M.; Tress, W.; Abate, A.; Hagfeldt, A. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 1989. doi: 10.1039/C5EE03874J

    46. [46]

      Smith, I. C.; Hoke, E. T.; Solis-Ibarra, D.; McGehee, M. D.; Karunadasa, H. I. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 126, 11414. doi: 10.1002/anie.201406466

    47. [47]

      Li, X.; Dar, M. I.; Yi, C.; Luo, J.; Tschumi, M.; Zakeeruddin, S. M.; Nazeeruddin, M. K.; Han, H.; Grätzel, M. Nat. Chem. 2015, 7, 703. doi: 10.1038/nchem.2324

    48. [48]

      Noh, J. H.; Im, S. H.; Heo, J. H.; Mandal, T. N.; Seok, S. I. Nano Lett. 2013, 13, 1764. doi: 10.1021/nl400349b

    49. [49]

      Ball, J. M.; Lee, M. M.; Hey, A.; Snaith, H. J. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1739. doi: 10.1039/C3EE40810H

    50. [50]

      Kulbak, M.; Cahen, D.; Hodes, G. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 2452. doi: 10.1021/acs.jpclett.5b00968

    51. [51]

      Kulbak, M.; Gupta, S.; Kedem, N.; Levine, I.; Bendikov, T.; Hodes, G.; Cahen, D. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 7, 167. doi: 10.1021/acs.jpclett.5b02597

    52. [52]

      Koh, T. M.; Shanmugam, V.; Schlipf, J.; Oesinghaus, L.; Müller-Buschbaum, P.; Ramakrishnan, N.; Swamy, V.; Mathews, N.; Boix, P. P.; Mhaisalkar, S. G. Adv. Mater. 2016, 28, 3653. doi: 10.1002/adma.201506141

    53. [53]

      Tsai, H.; Nie, W.; Blancon, J. C.; Stoumpos, C. C.; Asadpour, R.; Harutyunyan, B.; Neukirch, A. J.; Verduzco, R.; Crochet, J. J.; Tretiak, S. Nature 2016, 536, 312. doi: 10.1038/nature18306

    54. [54]

      Dou, L. W., A. B.; Yu, Y.; Lai, M.; Kornienko, N.; Eaton, S. W.; Fu, A.; Bischak, C. G.; Ma, J.; Ding, T.; Ginsberg, N. S.; et al. Science 2015, 349, 1518. doi: 10.1126/science.aac7660

    55. [55]

      Yao, K.; Wang, X.; Xu, Y. X.; Li, F. Nano Energy 2015, 18, 165. doi: 10.1016/j.nanoen.2015.10.010

    56. [56]

      Zhao, Y.; Wei, J.; Li, H.; Yan, Y.; Zhou, W.; Yu, D.; Zhao, Q. Nat. Commun. 2016, 7, 10228. doi: 10.1038/ncomms10228

    57. [57]

      Zhang, T.; Xie, L.; Chen, L.; Guo, N.; Li, G.; Tian, Z.; Mao, B.; Zhao, Y. Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1603568. doi: 10.1002/adfm.201603568

    58. [58]

      Mei, A.; Li, X.; Liu, L. F.; Ku, Z. L.; Liu, T. F.; Rong, Y. G.; Xu, M.; Hu, M.; Chen, J. Z.; Yang, Y.; et al. Science 2014, 345, 295. doi: 10.1126/science.1254763

    59. [59]

      Zhao, Y.; Zhu, K. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 12241. doi: 10.1021/ja5071398

    60. [60]

      Zhang, T.; Li, G.; Xu, F.; Wang, Y.; Guo, N.; Qian, X.; Zhao, Y. Chem. Commun 2016, 52, 11080. doi: 10.1039/c6cc05794b

    61. [61]

      Yan, J.; Ke, X.; Chen, Y.; Zhang, A.; Zhang, B. Appl. Surf. Sci. 2015, 351, 1191. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.06.025

    62. [62]

      Murali, B.; Saidaminov, M. I.; Abdelhady, A. L.; Peng, W.; Liu, J.; Pan, J.; Bakr, O. M.; Mohammed, O. F. J. Mater. Chem. C 2016, 4, 2545. doi: 10.1039/c6tc00610h

    63. [63]

      Heo, J. H.; Song, D. H.; Im, S. H. Adv. Mater. 2014, 26, 8179. doi: 10.1002/adma.201403140

    64. [64]

      Li, X.; Dar, M. I.; Yi, C.; Luo, J.; Tschumi, M.; Zakeeruddin, S. M.; Nazeeruddin, M. K.; Han, H.; Grätzel, M. Nat. Chem. 2015, 7, 703. doi: 10.1038/nchem.2324

    65. [65]

      Bi, C.; Shao, Y.; Yuan, Y.; Xiao, Z.; Wang, C.; Gao, Y.; Huang, J. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 18508. doi: 10.1039/c4ta04007d

    66. [66]

      Yu, J. C.; Kim, D. W.; Kim da, B.; Jung, E. D.; Park, J. H.; Lee, A. Y.; Lee, B. R.; Di Nuzzo, D.; Friend, R. H.; Song, M. H. Adv Mater 2016, 28, 6906. doi: 10.1002/adma.201601105

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  472
  • HTML全文浏览量:  61
文章相关
  • 发布日期:  2021-04-15
  • 收稿日期:  2020-07-09
  • 接受日期:  2020-08-05
  • 修回日期:  2020-08-04
  • 网络出版日期:  2020-08-07
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章