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《Advanced Materials》刊登方國家、陶晨團隊鈣鈦礦光伏電池新成果

來源:  發布時間:2020-12-11 12:41:31 點擊次數:

12月10日,國際權威學術期刊《Advanced Materials》在線發表了我院方國家教授、陶晨研究員團隊的最新研究成果。

論文題為“Roles of MACl in Sequentially Deposited Bromine-Free Perovskite Absorbers for Efficient Solar Cells”。該研究工作第一署名單位為MG娱乐官网。我院2019級博士生葉飛鴻為第一作者,方國家教授、陶晨研究員為通訊作者。這項工作的共同作者還包括王倜研究員、張順平博士、馬俊杰博士,博士生陳聰、王海兵和徐宇浩。

有機無機雜化鉛鹵鈣鈦礦型太陽能電池是過去十年中最受學術界和工業界關注的光伏新星,其認證光電轉換效率已高達25.2%。目前,幾乎所有高效的鈣鈦礦太陽能電池都采用基于甲脒鉛碘(FAPbI3)的鈣鈦礦作為吸光材料。然而,FAPbI3的晶體結構很不穩定,在室溫下很容易從黑色α相轉變為黃色δ相。最常見的穩定FAPbI3晶體結構的方法是在A位摻入甲胺(MA)以及在X位摻入溴(Br),但MA和Br的加入將會不可避免地擴大其帶隙并降低鈣鈦礦在光照下的穩定性。此外,許多研究也表明鈣鈦礦中殘余的PbI2也會加速鈣鈦礦在光照下的降解,進而降低太陽能電池的穩定性。

針對這些問題,團隊成員在兩步沉積法中僅引入MACl作為穩定劑來制備無溴FA基鈣鈦礦,從而減小了穩定FAPbI3時伴隨的帶隙損失。研究發現,通過調控MACl的量,能抑制鈣鈦礦在退火過程中的降解,使得最終殘留的PbI2在一個適量的范圍。最后,MACl能平衡兩步沉積過程中PbI2FAI的反應,使不均勻的FAPbI3薄膜變得連續且具有較大的晶粒。研究表明,適量MACl的添加使得FAPbI3薄膜的光電性質得到明顯的改善,例如獲得了更長的載流子壽命和更低的陷阱密度。基于純FAPbI3的鈣鈦礦電池僅能提供7.2%的轉換效率,而添加MACl后的鈣鈦礦電池可以提供23.1%的轉換效率,且體現出了更好的連續光照穩定性。這項工作表明,在兩步沉積法中,MACl的添加足以制備出高效且較穩定的FA基鈣鈦礦太陽能電池。


該工作得到了科技部科技計劃、國家自然科學基金、湖北省科技計劃和中央高校基本科研業務費專項資金的資助。

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