上海科技大學物質學院寧志軍組：研發出高穩定性錫鈣鈦礦太陽能電池

【成果簡介】

物質學院寧志軍助理教授所帶領的研究團隊日前在非鉛鈣鈦礦太陽能電池的研究方面取得了重要進展，成功研發出一種低維度高取向性的錫基鈣鈦礦材料，顯著提高了錫基鈣鈦礦太陽能電池的穩定性。該項成果以“Highly-oriented low-dimensional tin halide perovskites with enhanced stability and photovoltaic performance”為題在知名學術期刊Journal of the American Chemical Society上在線發表。

【圖文導讀】

圖1 低維鈣鈦礦示意圖和太陽能電池性能

a：取向生長的低維鈣鈦礦示意圖；

b：鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性跟蹤曲線。

圖2 掃描電鏡圖

FASnI₃薄膜（a）和20% PEA薄膜（b）的掃描電鏡圖，圖b針孔密度較低，更加緊實，表面形貌更為平滑，顆粒大小更加均一。

【研究內容】

近年來，鈣鈦礦電池因轉換效率高、成本低、制作簡單等優點，被公認為最有潛力的新一代太陽能電池。然而，鉛的毒性問題卻始終阻礙著含鉛鈣鈦礦電池的推廣使用。因此，無鉛鈣鈦礦太陽能電池的研究近年來備受矚目，其中又以錫基鈣鈦礦電池的發展最為迅速。然而，錫鈣鈦礦太陽能電池的發展一直受到錫鈣鈦礦穩定性問題的限制，如何提高材料的穩定性是其進一步發展的關鍵，也是相關技術研發工作的難點所在。

寧志軍課題組在研究中通過摻入苯乙胺分子，制備了低維錫基鈣鈦礦薄膜。理論計算證明，這種低維結構的鈣鈦礦材料具有較高的熱穩定性，同時有機大分子層可以保護其內部的錫鈣鈦礦，有效避免其與氧氣接觸，從而大幅提高了材料的穩定性。此外，通過對鈣鈦礦薄膜生長條件的精細調控，實現了垂直于基底的定向生長，使得載流子在鈣鈦礦層內傳輸時不受低維結構的影響，保留了鈣鈦礦優異的載流子傳輸性質。

在此基礎上，該研究團隊進一步制備了效率較高（~6%）且穩定性較好的太陽能電池器件，在手套箱中放置100小時沒有明顯的衰減。審稿人表示，該工作是錫基鈣鈦礦光伏器件的一個重要進展，對錫基鈣鈦礦光伏器件的發展具有重要意義。

?該論文的第一作者是物質學院2014級碩士研究生廖宇勤，共同第一作者是訪問學生劉翮飛，共同通訊作者是寧志軍和吉林大學張立軍教授，第一完成單位是上科大。張立軍課題組進行了理論計算方面的工作，物質學院米啟兮團隊以及多倫多大學的團隊也參與了該項研究。毗鄰上科大的上海同步輻射光源為該研究提供了材料結構表征的平臺。該研究得到了國家重點研發計劃、上科大科研啟動基金、中組部“青年千人”、國家自然科學基金和上海市科委的支持。

原文鏈接：http://www.shanghaitech.edu.cn/news/20170515/877.html.

文獻鏈接：Highly-oriented low-dimensional tin halide perovskites with enhanced stability and photovoltaic performance.

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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