西安交大吳朝新Nano Energy: 基于表面晶格應變調控的高效反型鈣鈦礦太陽能電池

稀、飯 3年前 (2020-06-02) 3765瀏覽

【引言】

如今，由于化石燃料儲存限制，對可再生能量的需求急劇增長，急需發展高效穩定太陽能電池。有機-無機金屬鹵素鈣鈦礦材料作為近年的明星材料，由于其理想的直接帶隙，高吸收系數，高載流子遷移率等優良光電特性而得到廣泛研究。然而，由于其材料低形成能和快速結晶限制器件長期穩定性，阻礙其發展。近年來，功能化有機分子已被選擇用于抑制缺陷形成等導致的穩定性問題。路易斯酸堿添加劑證明在延緩結晶、抑制缺陷形成方面特別有效。Henry J. Snaith組已經證明路易斯堿可以鈍化晶格中未配位的Pb原子，降低非輻射復合，大幅提高熒光壽命。此外，關于同時具有缺陷鈍化和晶格表界面穩固，實現相應分子的設計和選擇也顯得尤為重要。因此，在解決表界面晶格穩固，提高功能材料固有穩定，這將有利于高效率器件的實現和長期穩定性。

【研究內容】

針對以上鈣鈦礦太陽能器件中存在的問題，吳朝新教授組開發了：一種具有剛性和離域的共軛配體4-phenylpyridine (4-pPy)，通過調節結晶動力學，制備高質量、高結晶取向薄膜，減少晶格表面空位形成，并有效抑制晶格扭曲導致的器件不穩定。此外，有序排列顯著抑制晶格畸變。DFT計算表明，吡啶衍生物與鈣鈦礦晶界表面三維排列優化特性，實現了剛性分子4-pPy最優的三維排列特性。該方式不僅降低了薄膜分解，而且貢獻了杰出的光電特性。采用4-pPy剛性分子，實現p-i-n反型平面異質結鈣鈦礦器件21.12%（認證效率20.2%）的光電轉化效率，并展現了杰出的穩定性。 ??

該項研究工作以題目為“Local nearly non-strained perovskite lattice approaching a broad environmental stability window of efficient solar cells”近期發表于國際期刊Nano Energy?(2020）。第一作者為課題組博士生徐潔，董化副教授、吳朝新教授和李璟睿特聘研究員為共同通訊作者，西安交通大學為第一作者單位和唯一通訊作者單位。該工作得到自然科學基金委項目（編號61904145、61505161和11574248）等的支持。

西安交通大學吳朝新教授團隊長期研究新型功能材料的“光-電”與“電-光”物理機制及其器件應用如太陽能電池與發光二極管，近期有多項重要成果發表于國際頂級期刊：Joule，Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, ?Advanced Functional Materials, ACS Energy Letters, Nano Energy等，更多研究內容可參見吳朝新教授課題組主頁：http://zhaoxinwu.gr.xjtu.edu.cn