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“理工振興”學(xué)術(shù)動態(tài)：物理學(xué)院鈣鈦礦光伏技術(shù)團隊在《Advanced Materials》上發(fā)表最新研究進展

2024-02-27

近日,，物理學(xué)院有機鈣鈦礦光伏技術(shù)團隊在寬帶隙鈣鈦礦光伏研究方面取得新進展,，相關(guān)工作“Strain Regulation of Mixed-Halide Perovskites Enables High-Performance Wide-Bandgap Photovoltaics”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在國際著名期刊《Advanced Materials》上（Doi：10.1002/adma.202401103）,。我校碩士研究生李昕昊、李怡凡為論文共同第一作者,，何庭偉博士和楊少鵬教授為共同通訊作者。

寬帶隙混合鹵素鈣鈦礦材料廣泛應(yīng)用于串聯(lián)太陽能電池的頂層電池,。然而,，嚴重的開路電壓(V_oc) 損失限制了寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。MACl輔助結(jié)晶策略通常用于制備高性能的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池,。然而,，MA陽離子會參與鈣鈦礦晶體重構(gòu)，并在后續(xù)的MACl揮發(fā)過程產(chǎn)生MA空位缺陷,，引起嚴重的晶格畸變和鹵素離子遷移,。因此，基于MACl輔助結(jié)晶的優(yōu)勢，消除MA空位缺陷以緩解鈣鈦礦晶格應(yīng)變,，是寬帶隙鈣鈦礦體系迫切需要解決的難題之一,。該工作將Rb離子引入到MACl輔助結(jié)晶的寬帶隙鈣鈦礦體系中。Rb離子在退火階段可以填補MA揮發(fā)引起的陽離子空位,，減輕鈣鈦礦晶體的收縮應(yīng)變,，增加鹵離子的遷移勢壘，有利于混合鹵素鈣鈦礦相的均勻結(jié)晶,。制備的均一鹵素相鈣鈦礦薄膜展示了改善的載流子輸運和抑制的非輻射復(fù)合,。Rb處理的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池獲得了顯著降低的V_oc，最終實現(xiàn)了21.72%的光電轉(zhuǎn)換效率,。該工作為解決MACl揮發(fā)誘導(dǎo)的鈣鈦礦晶格應(yīng)變問題提出了新策略,，為進一步制備更高性能的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池提供了新思路。

在近期的另一項工作中,何庭偉博士等人通過將一種功能化的有機陽離子對（4-芘氧基丁胺,，PYBA）引入到甲脒鈣鈦礦的晶界處,，進而調(diào)控FAPbI₃鈣鈦礦的晶格應(yīng)變。此種情況下,，PYBA陽離子頭部的四個苯環(huán)可以形成強的π-π相互作用,，為引入外部壓縮應(yīng)力提供堅實支點，同時尾部的氨基通過氫鍵與鈣鈦礦的[PbI₆]^4-八面體相連,，以平衡FAPbI₃晶體固有的張應(yīng)力,。實驗結(jié)果表明，PYBA陽離子作為FAPbI₃鈣鈦礦的晶體模板,，誘導(dǎo)α-FAPbI₃相的擇優(yōu)取向生長,，同時提供的外部壓縮應(yīng)變，補償了FAPbI₃晶體的固有拉伸應(yīng)力,，成功實現(xiàn)了帶隙紅移且純α-FAPbI₃相的甲脒鈣鈦礦薄膜,。受益于改善的光學(xué)和電學(xué)性能，PYBA處理的甲脒鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了24.76%的光電轉(zhuǎn)換效率和改善的器件運行穩(wěn)定性（Advanced Materials, 2023, 35, 2304149）,。