ACS Applied Energy Materials: 一石三鳥—光、濕、熱全穩定的環境友好型銅基鈣鈦礦光伏新材料

【引言】

近幾年，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率已由2009年報道的3.8%快速提升到23%，掀起了全球范圍的研究熱潮。甲胺鉛鹵鈣鈦礦(CH₃NH₃PbX₃, X = I, Br, Cl)材料具有高的吸光系數、長的載流子擴散長度、可調控的直接帶隙、有趣的載流子輸運性質和溶液法低成本制備等突出優勢。此外，甲胺鉛鹵鈣鈦礦材料也應用于LED、激光器、光電探測器甚至催化領域，儼然成為一種“萬能材料”。然而，CH₃NH₃PbX₃吸光材料還存在穩定性低、含有毒的鉛元素這兩個致命的缺點，這也是鈣鈦礦太陽能電池能否最終實用化所面臨的兩大挑戰性難題。因此，非常需要尋找一種新型高穩定、低毒的有機無機雜化鈣鈦礦吸光材料。

【成果簡介】

近期，湘潭大學材料學院王金斌教授及鐘向麗教授等（共同通訊作者）在美國化學會旗下的國際知名期刊ACS Applied Energy Materials上發表題為“(C₆H₅CH₂NH₃)₂CuBr₄: A Lead-Free, Highly Stable Two-Dimensional Perovskite for Solar cell Applications”的研究論文。這項工作首次對環境友好型銅基鈣鈦礦材料(C₆H₅CH₂NH₃)₂CuBr₄的光電性質、穩定性及光伏性能進行了深入研究，發現(C₆H₅CH₂NH₃)₂CuBr₄不僅具有較高的吸光系數, 還具有優異的全方位穩定性，是目前報道的唯一能夠同時抵抗紫外光、濕、熱的不利影響的銅基鈣鈦礦材料。最后，文章證明了這種材料具有一定的光伏效應。

【圖文導讀】

圖一：(C₆H₅CH₂NH₃)₂CuBr₄具有層狀鈣鈦礦結構，從SEM可以清楚地看到其層狀特征。

圖二：(C₆H₅CH₂NH₃)₂CuBr₄具有禁帶寬度1.81 eV、吸光系數高，并研究了其能帶結構。

圖三：(C₆H₅CH₂NH₃)₂CuBr₄具有良好的濕度、熱穩定性。

圖四：器件結構及光伏效率。

【小結】

本文一種無鉛、高穩定的有機無機雜化鈣鈦礦新材料，并首次證明了其光伏效應，同時具有高的光吸收系數，為解決鈣鈦礦光吸收材料的穩定性和含鉛難題提供了一種新的選擇。

文獻鏈接：(C₆H₅CH₂NH₃)₂CuBr₄: A Lead-Free, Highly Stable Two-Dimensional Perovskite for Solar Cell Applications - ACS Applied Energy Materials https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.8b00372.

【相關工作介紹】

一種高穩定無鉛銅基有機無機雜化光吸收新材料(C₆H₄NH₂CuBr₂I)。該成果以“Organic-Inorganic Copper(II)-Based Material: A Low-Toxic, Highly Stable Light Absorber for Photovoltaic Application”為題發表在美國化學會旗下的J. Phys. Chem. Lett.（IF=9.353）上。有趣地是：該材料具有疏水特性(接觸角≈90°)，也可全程在空氣中(相對濕度RH ≈ 60%~70%)制備。此外，C₆H₄NH₂CuBr₂I 吸光材料吸光系數可達6×10⁴ cm^-1，接近甲胺鹵鉛鈣鈦礦材料，其禁帶寬度E_g≈ 1.64 eV。最后，我們這種新材料應用于可印刷碳電極介觀太陽能電池中，取得了初始約0.5%的光電轉化效率，為探索新型高穩定無鉛光伏材料提供了嶄新的思路。

注：ACS Applied Energy Materials是ACS旗下2018年推出的第一個聚焦于能源材料應用的期刊。

本文由作者團隊投稿。

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