武漢理工與瑞士洛桑聯邦理工Joule：基于銪摻雜的CsPbI2Br的高效穩定無機鈣鈦礦太陽能電池

【成果簡介】

有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池在2018年的認證最新光電轉換效率已達23.3%，成為可與硅電池媲美的新型太陽能電池。受限于鈣鈦礦中有機組分的對熱不穩定，全無機鈣鈦礦（CsPbX₃）可以從根本上解決該問題，但是低帶隙全無機鈣鈦礦材料在室溫下會從立方相（鈣鈦礦相）變成正交相（非鈣鈦礦相）而失去光學活性。這種相不穩定性是目前無機鈣鈦礦太陽能電池的發展瓶頸。

最近，武漢理工大學向萬春副研究員團隊和瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）王在偉博士，Anders Hagfeldt教授團隊報道了一種基于銪摻雜的CsPbI₂Br全無機鈣鈦礦材料。他們采用固態核磁共振的方法從原子尺度進行表征，證明了銪進入鈣鈦礦八面體晶格中。該種全無機鈣鈦礦材料可以在相對濕度低于40%條件下穩定存在6個月以上。由它制備的無機鈣鈦礦太陽能電池具有13.71%的光電轉換效率，穩定輸出效率也保持在13.35%，開路電壓達到1.27V。未封裝的器件在連續標準光照下表現出良好的穩定性，在300小時內無衰減，在測試完成僅比初始效率降低了7%。該研究對高效穩定的無機鈣鈦礦太陽能電池的進一步發展有重要意義。相關成果以題為“Europium-Doped CsPbI₂Br for Stable and Highly Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells”的文章發表在Cell Press旗下的能源旗艦期刊Joule。

圖1 基于CsPb_0.95Eu_0.05I₂Br的無機鈣鈦礦太陽能電池的光電性能

圖2 基于銪摻雜量的CsPbI₂Br的結構分析

圖3 CsPbI₂Br 和 CsPb_0.95Eu_0.05I₂Br的形貌和光學性質表征

圖4? CsPbI₂Br 和 CsPb_0.95Eu_0.05I₂Br的電荷復合機理和相應器件的穩定性

文獻鏈接：Europium-Doped CsPbI2Br for Stable and Highly Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells（Joule, 2018, DOI: 10.1016/j.joule.2018.10.008）

【團隊介紹】

向萬春：武漢理工大學副研究員。2010年于中國科學院化學研究所獲得博士學位，2011至2014年在澳大利亞莫納什大學工作，2014年7月起就職于武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，2017年至2018年在瑞士聯邦理工學院(EPFL)光分子科學實驗室Anders Hagfeldt教授課題組進行學術訪問。研究領域是面向新型光電材料的制備、性能以及在有機-無機光伏器件等中的應用。在相關領域發表SCI論文40余篇，包括以通訊作者發表在能源領域頂級期刊的Joule, Energy & Environ. Sci以及ChemSusChem、Green Chem、J. Mater. Chem. A, Chem. Commun、Angew. Chem. In. Ed.等。獲授權發明專利2項。研究成果曾被Energy & Environ. Sci.選為封面文章和熱點文章等進行專題報道。共主持基金6項。

王在偉：2016年碩士畢業于中國科學院青島生物能源與過程研究所，2017年至今為瑞士洛桑聯邦理工學院攻讀博士學位。主要研究方向為鈣鈦礦太陽能電池，先后以第一及共一作者身份在Joule, Angew. Chem. In. Ed, JACS 等期刊上發表多篇文章。

Anders Hagfeldt: 瑞士聯邦理工學院光分子科學實驗室主任，瑞典皇家科學院和工程院兩院院士，歐洲科學院院士，化學領域湯森路透高被引科學家（前1%）。從事染料敏化太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池以及太陽燃料等方面的研究和開發。發表文章400余篇，他引超過36,000次，H-index為94。

本文由作者團隊供稿。

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