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摘要

基于鈣鈦礦的光電子學(xué)以其簡單的制造工藝和驚人的設(shè)備效率吸引了研究界，現(xiàn)已走上商業(yè)化之路。然而，這種商業(yè)化的一個潛在障礙是幾乎完全使用有毒、高度配位、高沸點(diǎn)溶劑來制造鈣鈦礦前體油墨。在此，我們證明非極性有機(jī)溶劑（例如甲苯）可以與丁胺結(jié)合形成烷基銨基鈣鈦礦的有效溶劑。除了提供更廣泛的溶劑選擇之外，我們的發(fā)現(xiàn)還開啟了將鈣鈦礦墨水與各種以前不相容的材料（例如有機(jī)分子、聚合物、納米晶體和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑）混合的可能性。作為演示，我們使用這種溶劑將鈣鈦礦墨水與 6 混合，6-苯基-C-61-丁酸甲酯，并顯示出改進(jìn)的鈣鈦礦結(jié)晶和器件效率。這種加工路線可以為調(diào)節(jié)高效光伏、發(fā)光二極管和其他半導(dǎo)體器件中的有源層提供無數(shù)新的可能性。

金屬鹵化物鈣鈦礦是極具前景的光敏材料，已用于制造各種光電器件，如太陽能電池、發(fā)光二極管和激光器，迄今為止，基于鈣鈦礦材料的光伏器件是基于鹵化物鈣鈦礦的應(yīng)用中研究最深入的，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的單結(jié)電池上實(shí)現(xiàn)了超過 25% 的認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE)，在串聯(lián)電池中與硅結(jié)合時，其功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 略低于30%。這些材料的制造簡便性是其最具吸引力的特性之一，通過簡單的溶液涂覆方法即可生產(chǎn)出高質(zhì)量的結(jié)晶層。然而，溶液加工這些材料的缺點(diǎn)之一是使用有毒、高沸點(diǎn)的高度配位溶劑，例如N,N-二甲基甲酰胺 (DMF) ，這也是該技術(shù)的放大和商業(yè)化中需要克服的重大障礙。

【資料圖】

事實(shí)上，DMF在歐盟的使用將在2023年進(jìn)一步受到限制，出于制造或銷售目的，溶劑不能單獨(dú)使用，只能以DMF總濃度<0.3%的混合物形式使用。這對溶液加工鈣鈦礦光電器件的可行性具有重大影響，并強(qiáng)調(diào)鈣鈦礦研究界需要放棄常用的 4:1 (v/v) DMF:二甲基亞砜 (DMSO) 混合物并尋找替代品。Vidal 等人的最新工作。對最常用的鈣鈦礦溶劑對人類健康和環(huán)境的影響進(jìn)行了嚴(yán)格評估。這項(xiàng)研究表明，DMSO 在所有常見鈣鈦礦溶劑中的影響最小，但最重要的是，它提供了一個基于其使用可持續(xù)性評估溶劑的框架，這是我們邁向鈣鈦礦光伏商業(yè)化的一個重要考慮因素。

此外，我們和其他人之前已經(jīng)討論過 DMF 的化學(xué)降解途徑，并展示了它如何影響前體溶液的 pH 值。這會影響所得鈣鈦礦薄膜的最終結(jié)晶和化學(xué)成分，進(jìn)一步增加控制薄膜生長的參數(shù)的不確定性。因此，除了與使用 DMF 相關(guān)的毒性問題外，這種溶劑的水解直接影響鈣鈦礦前體溶液中的膠體分布，產(chǎn)生可納入鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的分解產(chǎn)物，從而影響薄膜的光電性能，這是未來使用這種溶劑的一個重要考慮因素。

除了考慮工業(yè)相容性溶劑之外，一種尚未充分探索的方法是能夠?qū)⑩}鈦礦前體與一系列有機(jī)添加劑共溶。如果成功，這有可能更好地控制結(jié)晶過程，從而在溶液涂覆過程中獲得更均勻的濕膜。此外，這將引入新的加工參數(shù)，可用于調(diào)整薄膜結(jié)晶，包括但不限于使用非離子表面活性劑或結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑。能夠?qū)⑩}鈦礦鹽與有機(jī)半導(dǎo)體共溶，還可以開發(fā)出一系列全新的混合有機(jī)鈣鈦礦復(fù)合材料，包括具有大體積有機(jī)半導(dǎo)體中間層的層狀鈣鈦礦化合物和有機(jī)鈣鈦礦混合復(fù)合材料，類似于本體異質(zhì)結(jié)。人們已經(jīng)嘗試將鈣鈦礦前體與聚合物和小分子共溶，并取得了不同程度的成功。迄今為止，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最大障礙是有機(jī)材料（有機(jī)小分子或聚合物）在主要鈣鈦礦溶劑（DMF）中的溶解度有限。有機(jī)分子（例如，苯基-C61-丁酸甲酯，PCBM）和聚合物（例如，聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）在鈣鈦礦溶劑中的溶解度降低通常導(dǎo)致有機(jī)物質(zhì)以相對低的濃度從溶液中沉淀出來。這反過來又導(dǎo)致鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過程中成膜不良。為了解決這個問題，將有機(jī)材料添加到反溶劑（甲苯或氯苯）中，用于在沉積過程中引發(fā)鈣鈦礦結(jié)晶。偶然的是，在鈣鈦礦沉積過程中最常用作“猝滅”溶劑的反溶劑是有機(jī)小分子和/或聚合物最常用的一些溶劑。然而，即使在這種情況下，似乎也存在一個閾值濃度，超過該閾值濃度，鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶就會受到阻礙。此外，這種方法不太可能擴(kuò)大到工業(yè)相關(guān)的沉積程序，這些程序不太可能像研究實(shí)驗(yàn)室目前所采用的那樣利用反溶劑方法。為了成功沉積鈣鈦礦-聚合物/鈣鈦礦-小分子混合薄膜，鈣鈦礦前體和有機(jī)材料在油墨配方中使用的母體溶劑中必須具有相當(dāng)大的溶解度。

這個問題的一個明顯的答案是使用鈣鈦礦前體鹽和所需聚合物/小分子都可溶解的溶劑。然而，這并不容易做到，因?yàn)殁}鈦礦前體材料僅溶于高極性非質(zhì)子溶劑，而聚合物/有機(jī)小分子通?？扇苡诜菢O性溶劑。在之前的工作中，我們證明了復(fù)合溶劑系統(tǒng)可用于鈣鈦礦薄膜沉積。重要的是，主體溶劑是乙腈（ACN），一種極性非質(zhì)子溶劑，與作為前體材料的主要溶劑的甲胺（MA）結(jié)合。添加 MA 可以形成穩(wěn)定的前體墨水，因?yàn)?MA 氣體非常易溶于乙腈，以至于溶液中存在足夠的胺以保持鈣鈦礦前體溶解。對于許多極性非質(zhì)子溶劑（例如丙酮、丁酮和甲基乙基酮）來說都是如此。然而，由于MA（極性分子）氣體在非極性溶劑中的溶解度要低得多，甲苯和氯苯等溶劑不能被MA氣體充分飽和，從而使鈣鈦礦前體材料能夠以與器件相關(guān)的濃度溶解。因此，將鈣鈦礦前體溶解在非極性有機(jī)溶劑中的一種途徑是利用與所選主體溶劑混溶的液體胺。

在目前的工作中，我們表明，通過使用MA和丁胺（BA）的組合，我們既可以從非極性有機(jī)溶劑中處理CH3 NH 3 PbI 3鈣鈦礦材料，又可以成功沉積鈣鈦礦/PCBM混合物。我們還證明了 PCBM 濃度對多晶晶粒形態(tài)的強(qiáng)烈影響，并提高了光致發(fā)光 (PL) 壽命和光伏 (PV) 性能，對于 nip 和 pin 器件配置，穩(wěn)態(tài) PCE 均超過 19%。首先，我們研究了在鈣鈦礦前體溶液中添加長鏈烷基胺是否對最終形成的鈣鈦礦產(chǎn)生影響。我們使用ACN/MA 化合物溶劑中的CH 3 NH 3 PbI 3標(biāo)準(zhǔn) 0.5 M 溶液，如我們之前的工作中所述。在這里，我們使用 BA，因?yàn)樗谑覝叵率且后w，并且與非極性溶劑混溶。通過在完整的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中添加不同體積的BA，我們發(fā)現(xiàn)可以調(diào)整鈣鈦礦的組成和結(jié)構(gòu)，從3D CH 3 NH 3 PbI 3到層狀( CH 3 ( CH 2 ) 3 NH 3 ) 2 PbI 4材料。已經(jīng)報(bào)道了類似的效果，其中代替使用丁基碘化銨 (BAI) 處理來與基于 MA 或甲脒 (FA) 的 3D 鈣鈦礦形成 2D/3D 界面，而是采用 BA 來獲得相同的結(jié)果。我們在圖 1中展示了 X 射線衍射 (XRD) 圖案以及薄膜的照片。從 XRD 圖中，我們觀察到，即使添加極少量的 BA (10 μL/mL)，在大約 10° 處也會出現(xiàn)一個小峰，這表明形成了附加相。在較高濃度的 BA (50 μL/mL) 下，我們在大約 27° 處看到另一個峰的出現(xiàn)。這些峰的出現(xiàn)可能與混合 BA/MA Ruddlesden-Popper 相的形成有關(guān)，并且可以很好地與 n = 2 和n = 3 層狀材料的反射相匹配。有趣的是，當(dāng)分散體中不添加MA并且使用BA/ACN作為復(fù)合溶劑時，所得薄膜的XRD圖與層狀(n=1)鈣鈦礦(CH 3 (CH 2 ) 3 NH 3 ) 2 PbI 4的XRD圖完全匹配。這表明當(dāng)胺用作溶劑時，溶劑和甲基銨陽離子之間存在平衡，由此（在這種情況下）BA溶劑分子可以被質(zhì)子化，從而并入鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)中。

圖 1. (a) X 射線衍射圖和 (b)由添加不同體積 BA 的 ACN/MA 化合物溶劑沉積的CH 3 NH 3 PbI 3薄膜的照片。圖例和標(biāo)簽表示 BA 的體積，以 μL/mL 總?cè)芤后w積為單位。所有溶液的總摩爾濃度保持在 0.5 M。所有薄膜在 100 °C 下退火 60 分鐘。

我們現(xiàn)在評估 BA 是否可以幫助鈣鈦礦前體鹽在非溶劑（如甲苯）中溶解。為了最大限度地減少鈣鈦礦溶液中所需的過量 BA 量，我們首先將 MA 氣體鼓入其中 10 分鐘，使鈣鈦礦/甲苯分散體飽和，然后將 BA 添加到分散體中，直到鈣鈦礦完全溶解（完整詳細(xì)信息在支持信息中給出）。然后，我們將前體墨水旋涂到所需的基材上，并在 100°C 下退火 60 分鐘。在圖 2a、b 中，我們顯示了此類薄膜的 XRD 圖案和紫外可見吸收光譜。從圖 2a中的 XRD 跡線中，我們看到，在直接由 MA:BA/甲苯溶劑混合物加工的薄膜中，與 BA/ACN 溶劑混合物一樣，2D BA形成2 PbI 4鈣鈦礦材料。我們通過圖 2b所示的吸收光譜證實(shí)了這一點(diǎn)，顯示了該化合物顯示的特征激子吸收。

圖 2. 在暴露于 MA 蒸氣之前 (a) 和之后 (c) 由 MA:BA/甲苯化合物溶劑沉積的鈣鈦礦薄膜的 XRD 圖案。（b，d）分別為（a）和（c）中鈣鈦礦薄膜的吸收光譜。

這證實(shí)了我們最初的假設(shè)，即長鏈烷基胺允許我們從非極性溶劑中加工鹵化物鈣鈦礦。然而，與使用乙腈作為極性主體溶劑的情況一樣，溶劑化胺被納入鈣鈦礦晶體中（作為銨陽離子），從而形成層狀結(jié)構(gòu)。不幸的是，這些層狀結(jié)構(gòu)具有相對較寬的帶隙、不可忽略的激子結(jié)合能和有限的電荷傳輸，所有這些使得這些層狀材料不太適合光伏應(yīng)用。

先前已經(jīng)證明，將鈣鈦礦薄膜暴露于MA蒸氣中不僅可以改善結(jié)晶度和形態(tài)，而且可以引起材料成分的變化。例如，二甲基銨三碘化鉛薄膜（當(dāng)時稱為 HPbI 3）暴露于MA蒸氣中可完全轉(zhuǎn)化為CH 3 NH 3 PbI 3。因此，我們研究這種方法是否也可以將從BA/甲苯化合物溶劑加工的丁基銨基2D鈣鈦礦薄膜轉(zhuǎn)化為3D CH 3 NH 3 PbI 3。BA 2 PbI 4薄膜結(jié)晶后，我們將它們暴露于 MA 蒸氣中，然后在 150 °C 下再退火 15 分鐘。在圖 2c、d 中，我們顯示了 MA 暴露之前和之后薄膜的 XRD 圖案和吸收光譜。

根據(jù) XRD 圖案和相應(yīng)的吸收光譜，我們得出結(jié)論，將薄膜暴露于 MA 蒸氣后，薄膜似乎幾乎完全轉(zhuǎn)化為 3D CH 3 NH 3 PbI 3 ，顯示出其特征XRD峰和吸收起始于 780 nm。我們注意到在大約 7° 處出現(xiàn)了一個小峰，我們將其歸因于薄膜中殘留的二維鈣鈦礦。雖然我們在這里使用氣體轉(zhuǎn)換為 MAPbI 3作為原理驗(yàn)證研究的示例，但我們注意到，本研究中產(chǎn)生的BA 2 PbI 4鈣鈦礦層也可以使用我們之前發(fā)布的轉(zhuǎn)換 MAPbI 3的協(xié)議轉(zhuǎn)換為 FAPbI 3富含 FA 的鈣鈦礦，結(jié)合富含 FA 的鈣鈦礦典型的較高退火溫度。

通過使用這種順序工藝，我們可以成功地從甲苯（通常用作鈣鈦礦鹽的反溶劑）沉積 CH 3 NH 3 PbI 3薄膜，我們繼續(xù)研究該溶劑系統(tǒng)在鈣鈦礦材料和有機(jī)分子共沉積中的實(shí)用性；專門研究 PCBM（鈣鈦礦太陽能電池的常見組件）。雖然 PCBM 最常用作鈣鈦礦太陽能電池中的電子提取層，但研究也表明，它可能導(dǎo)致多晶鈣鈦礦薄膜表面和晶界處的缺陷位點(diǎn)明顯鈍化；然而，這種鈍化的確切機(jī)制仍不清楚。Sargent 及其同事的早期工作在鈣鈦礦溶液中使用了少量 PCBM（導(dǎo)致 PCBM 分散在整個鈣鈦礦薄膜中），并顯示出薄膜的 PL 壽命有所增加，而后來的研究通過在薄膜制造的反溶劑淬火步驟中加入該分子獲得了類似的結(jié)果。鑒于 PCBM 在甲苯或氯苯等溶劑中具有明顯較高的溶解度，我們使用共溶解方法來研究 PCBM 對光電性能和成膜的影響。首先，我們研究了 PCBM 的添加對薄膜 PL 性能的影響。圖3a、b 顯示了隨著溶液中 PCBM 濃度的增加，薄膜的穩(wěn)態(tài)和時間分辨 PL。我們觀察到 PL 強(qiáng)度單調(diào)增加，同時衰減速率較慢，PCBM 濃度增加至 10 mg/mL。然而，當(dāng)我們進(jìn)一步增加 PCBM 的濃度時，我們看到 PL 強(qiáng)度單調(diào)下降，并且 PL 衰減更快。通過將時間分辨 PL 衰減擬合為拉伸指數(shù)函數(shù)，我們量化了 PL 衰減到t = 0 強(qiáng)度的 50% 所需的時間，我們將其稱為 τ 50。我們獲得的對照薄膜的τ 50值為 291 ns，其中前體溶液中未添加 PCBM，這與 CH 3 NH 3獲得的壽命相當(dāng)由 DMF 加工而成的PbI 3- x Cl x薄膜。通過向前驅(qū)體溶液中添加低濃度的 PCBM，我們觀察到 PL 壽命有所增加，在 PCBM 濃度為 5 mg/mL 時最長可達(dá) 1070 ns，之后在 20 mg/mL 濃度下持續(xù)降低至 44 ns。

圖 3. (a) 穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光和 (b) 時間分辨光致發(fā)光的 CH 3 NH 3 PbI 3薄膜，由 BA/甲苯化合物溶劑沉積，隨后進(jìn)行 MA 蒸氣轉(zhuǎn)化，并將指定量的 PCBM 添加到前體溶液中。實(shí)心灰色跡線是數(shù)據(jù)的拉伸指數(shù)擬合。(c) 光致發(fā)光衰減半衰期 (τ 50 )，根據(jù)拉伸指數(shù)擬合確定，作為 PCBM 濃度的函數(shù)。

圖 4.從 MA:BA/甲苯化合物溶劑沉積并隨后進(jìn)行 MA 蒸氣轉(zhuǎn)化的CH 3 NH 3 PbI 3薄膜的俯視 SEM 圖像，其中溶解在前體溶液中的 PCBM 濃度不斷增加。所有比例尺均代表 5 μm。

從這些 SEM 圖像中，我們看到前驅(qū)體溶液中 PCBM 的含量對表觀多晶晶粒尺寸有很大影響。在低濃度下，當(dāng)溶液中添加約 5 mg/mL 的 PCBM 時，我們觀察到表觀晶粒尺寸顯著增加，從對照薄膜的亞 100 nm 增加到超過 1 μm。在 20 mg/mL 時，我們開始看到鈣鈦礦和 PCBM 宏觀相分離的證據(jù)。事實(shí)上，似乎有一些結(jié)晶鈣鈦礦材料區(qū)域被明顯的非結(jié)晶相（可能是 PCBM）包圍或可能覆蓋。對于 25 和 30 mg/mL 的 PCBM 濃度，鈣鈦礦的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)在薄膜中不再可見，可能是因?yàn)樗贿B續(xù)的有機(jī)材料層覆蓋。然而，在 40 mg/mL 時，我們觀察到非常大的微晶的顯著簇的出現(xiàn)以及薄膜表面上材料的非常不均勻的分布。我們注意到，在最高濃度 40 mg/mL 時，我們接近 PCBM 在甲苯中的溶解度極限，并且前體溶液在靜置時很快變得渾濁。

僅鈣鈦礦薄膜晶體質(zhì)量的變化就可能導(dǎo)致PL壽命的增加，而無需調(diào)用有關(guān)界面鈍化的更復(fù)雜的理論。然而，我們注意到，在較低的 PCBM 濃度下，材料可能會分布在整個薄膜的晶界處，這也可能導(dǎo)致我們和其他人觀察到的“鈍化”效應(yīng)。隨著 PCBM 濃度的增加，我們發(fā)現(xiàn)壽命縮短，在 20 mg/mL 時發(fā)生顯著的猝滅。在薄膜的表觀晶粒尺寸和形態(tài)變化的背景下觀察這些結(jié)果（如 SEM 圖像所示），我們推斷，當(dāng) PCBM 濃度高于 15 mg/mL 時，材料發(fā)生顯著的相分離，在鈣鈦礦層頂部形成 PCBM 層，而不是僅分布在整個薄膜中。由于 PCBM 和 C 60已被證明是鈣鈦礦太陽能電池極其有效的提取層，可以想象，在高濃度下，當(dāng)幾乎完整的 PCBM 層覆蓋鈣鈦礦時，隨著電子從鈣鈦礦中被提取并發(fā)生不利的表面復(fù)合，PL 壽命會被淬滅。

通過 PL 測量評估薄膜的光電質(zhì)量后，我們開始將薄膜整合到太陽能電池中。在這里，我們使用以下器件結(jié)構(gòu)：FTO/SnO 2 /CH 3 NH 3 PbI 3 /spiro-OMeTAD/Ag。我們在圖 5中顯示了四批設(shè)備的性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（支持信息中的圖 S1 給出了穩(wěn)態(tài)效率）。最值得注意的是，我們發(fā)現(xiàn)在前體溶液中添加 PCBM 的器件的開路電壓 ( V OC ) 有所增加，其中V OC最大添加的 PCBM 為 5 mg/mL 時即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng) PCBM 負(fù)載量增加超過 10 mg/mL 時，我們觀察到所有性能參數(shù)急劇下降。這些結(jié)果與等效鈣鈦礦薄膜的 SEM 圖像很好地相關(guān)（圖 4），其中薄膜形態(tài)在較高 PCBM 負(fù)載下惡化。從 SEM 圖像來看，在較高負(fù)載量 (>15 mg/mL) 下，薄膜表面存在更多 PCBM。在當(dāng)前的nip器件架構(gòu)中，這將導(dǎo)致與spiro-OMeTAD層的直接接觸，導(dǎo)致該界面處的復(fù)合增加，因此，開路電壓下降和器件性能整體下降，這確實(shí)是我們在這些器件中觀察到的。我們在圖 6中顯示了控制器件和性能最佳器件的電流-電壓特性和穩(wěn)態(tài)功率輸出軌跡。

圖 5.在前驅(qū)體溶液中添加特定濃度 PCBM 的CH 3 NH 3 PbI 3太陽能電池的性能參數(shù)。每個數(shù)據(jù)點(diǎn)代表一個設(shè)備（總共 16 個），由四個不同的設(shè)備批次制成。須線描繪了第 25 到 75 個百分位數(shù)，該范圍之外的點(diǎn)為異常值

圖 6.由 BA/甲苯復(fù)合溶劑（含和不含 PCBM 添加劑）制造的冠軍 CH 3 NH 3 PbI 3器件的電流-電壓特性和穩(wěn)態(tài)效率。

我們發(fā)現(xiàn)，我們在 PCBM 負(fù)載量為 5 mg/mL 時實(shí)現(xiàn)了最佳 PCE，控制設(shè)備和測試設(shè)備的穩(wěn)態(tài)效率分別為 17.5% 和 18.9%。值得注意的是，這是我們觀察到最大表觀晶粒尺寸和最長 PL 壽命的 PCBM 負(fù)載。

觀察到，在較高濃度下，PCBM 的相分離層似乎在鈣鈦礦薄膜頂部形成，我們認(rèn)為這種自發(fā)分層可能在 pin 鈣鈦礦器件架構(gòu)中是有利的，我們特意要求在鈣鈦礦薄膜頂部有一個 n 型電荷提取層。為了測試這一理論，我們在前驅(qū)體溶液中使用 25 mg/mL 的 PCBM 負(fù)載量，制造了結(jié)構(gòu)為 FTO/NiO/CH 3 NH 3 PbI 3 + PCBM/C 60 /BCP/Ag的針型太陽能電池。在此 PCBM 濃度下，鈣鈦礦似乎完全被 PCBM 覆蓋，如圖3所示。為了確保鈣鈦礦表面的完全覆蓋，我們在鈣鈦礦：PCBM薄膜上蒸發(fā)了額外的5 nm C 60，以堵塞PCBM覆蓋層中可能存在的任何針孔。支持信息中的圖 S2 顯示了完整器件的橫截面 SEM 。對于我們的測試設(shè)備，我們實(shí)現(xiàn)了超過 19% 的效率，相比之下，使用 25 mg/mL PCBM 負(fù)載制造的壓區(qū)設(shè)備的效率不到 10%（冠軍設(shè)備的J-V曲線如圖S3所示）。我們在圖 7中顯示了此類器件的電流-電壓曲線和穩(wěn)態(tài)效率。

圖 7. 在 BA/甲苯 CH 3 NH 3 PbI 3前體溶液中使用25 mg/mL PCBM 的原型 pin 太陽能電池的電流-電壓特性和穩(wěn)態(tài)效率

總之，我們展示了一種方法，通過該方法可以將胺基溶劑系統(tǒng)的使用擴(kuò)展到包括非極性主體溶劑。這進(jìn)一步放寬了對制造鈣鈦礦太陽能電池的可能溶劑的限制，這可能是該技術(shù)商業(yè)化的重要發(fā)展。此外，我們還表明，使用胺作為鈣鈦礦前驅(qū)體的溶劑是制造二維層狀鈣鈦礦相的簡單方法。通過使用丁胺和甲胺的混合物以及非極性有機(jī)溶劑甲苯，我們能夠共溶解鈣鈦礦前驅(qū)體和有機(jī)小分子PCBM，從而實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦和有機(jī)電荷傳輸材料的共沉積。將這些薄膜融入光伏器件中，對于沒有 PCBM 沉積的薄膜，我們實(shí)現(xiàn)了 17.5% 的最大穩(wěn)態(tài)效率，對于混合薄膜，我們實(shí)現(xiàn)了 18.9% 的最大穩(wěn)態(tài)效率。在較高的 PCBM 負(fù)載下，我們觀察到薄膜的分層，其中 PCBM 覆蓋層形成在鈣鈦礦薄膜的頂部。我們利用這一特性構(gòu)建了 pin 太陽能電池，其中電子提取層在鈣鈦礦表面自發(fā)形成，有利于有效的電荷提取。這使得太陽能電池的穩(wěn)態(tài)效率高達(dá) 19.5%。在這里，我們展示了一種獨(dú)特的策略，用于從伯胺和有機(jī)非極性溶劑的溶劑混合物中溶液加工鹵化物鈣鈦礦材料。雖然我們用于本演示的模型系統(tǒng)是鈣鈦礦太陽能電池，共溶解一系列小分子和聚合物的能力為探索復(fù)雜的鈣鈦礦共混體系開辟了全新的空間，可以想象，它具有可調(diào)的光電特性和增強(qiáng)的穩(wěn)定性特性。這一發(fā)現(xiàn)有可能使整個基于鈣鈦礦的光電器件領(lǐng)域受益，其可能的應(yīng)用不僅僅是光伏領(lǐng)域。