首頁 > 學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài) > 自然 > 正文

“理工振興”學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)：物理學(xué)院鈣鈦礦光伏技術(shù)團(tuán)隊(duì)在《Advanced Materials》上發(fā)表最新研究進(jìn)展

2024-02-27

近日，物理學(xué)院有機(jī)鈣鈦礦光伏技術(shù)團(tuán)隊(duì)在寬帶隙鈣鈦礦光伏研究方面取得新進(jìn)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(guó)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(yán)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(huì)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(yán)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(shì)，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(bǔ)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(shì)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(yùn)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(shí)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(jìn)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(xiàng)工作中,何庭偉博士等人通過將一種功能化的有機(jī)陽離子對(duì)（4-芘氧基丁胺，PYBA）引入到甲脒鈣鈦礦的晶界處，進(jìn)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(gè)苯環(huán)可以形成強(qiáng)的π-π相互作用，為引入外部壓縮應(yīng)力提供堅(jiān)實(shí)支點(diǎn)，同時(shí)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)，同時(shí)提供的外部壓縮應(yīng)變，補(bǔ)償了FAPbI₃晶體的固有拉伸應(yīng)力，成功實(shí)現(xiàn)了帶隙紅移且純?chǔ)?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(shí)現(xiàn)了24.76%的光電轉(zhuǎn)換效率和改善的器件運(yùn)行穩(wěn)定性（Advanced Materials, 2023, 35, 2304149）。