黄春辉课题组取得锡基钙钛矿太阳能电池研究新进展

pangzi

锡基钙钛矿与铅基的相比具有更加合适的带隙、更为优异的载流子传输能力以及环境友好的特性，引起了科研工作者的广泛关注。然而，Sn2+易被氧化成Sn4+，使得其电池的效率和稳定性远落后于铅基钙钛矿太阳能电池。近日，北京大学化学与分子工程学院黄春辉课题组在提升锡基钙钛矿太阳能电池效率和稳定性研究中取得新的进展。他们通过协同引入苯肼离子和卤素离子，将电池光电转化效率提高至13.4%（12.4%认证效率）—迄今报道的非铅钙钛矿太阳能电池效率的最高值。同时，器件具备非常优异的稳定性，放置在手套箱中4800 h后可保持初始效率的91%，在一个太阳光持续照射330 h下可保持初始效率的82%。
　　在该工作中，作者发现苯肼离子的引入能够提升薄膜的表面能，卤素的调控可以进一步优化钙钛矿薄膜的形貌。二者的协同作用极大地钝化了光活性层的缺陷态，使载流子寿命达到45.5 ns，载流子复合速率降低了五倍。作者利用稳态发射光谱、飞行时间二次离子质谱和激光扫描共聚焦显微成像等手段进一步探究了苯肼和卤素离子的协同调控机理，发现苯肼和卤素离子协同引入能够抑制相分离，提升相稳定性。DFT理论计算也说明少量溴离子的掺入能够使钙钛矿的形成能降低，显著提升其热力学稳定性。

　　图 1 （a）最佳器件的 J-V 特征曲线，（b）苯肼和卤素离子协同调控下薄膜在80°C、一个太阳光持续照射下0，5，10，20 h的稳态发射光谱，（c）苯肼和卤素离子协同调控下器件的飞行时间二次离子质谱剖面图，（d）苯肼和卤素离子协同调控下器件飞行时间二次离子质谱截面图。
　　该工作近期发表在Cell出版社Matter期刊上，北京大学化学与分子工程学院博士研究生王程博为第一作者，刘志伟副教授和卞祖强教授为共同通讯作者，主要合作者还包括蒋鸿副教授。感谢国家自然科学基金、北京市教委科技计划重点项目和北京分子科学国家研究中心的资助。
　　原文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2590238520306299。


      文章来源：北京大学
      黄春辉，北京大学教授，中国科学院院士。主要研究领域是稀土配位化学和分子基功能膜材料。前者内容涉及到稀土元素的萃取分离、稀土配合物的分子设计、 合成、结构及性质研究，特别是稀土配合物的光致发光及电致发光性质的研究。在分子基功能材料的研究中，将二阶非线性光学材料 分子设计的原理引入到光电转化材料的设计中，发现了两者在构效关系上的相关性，开发了一类新的光电转化材料。著有《稀土配位化学》(1997）、《光电功能超薄膜》（2001）、《有机电致发光材料与器件导论》（2005）和《Rare Earth Coordination Chemistry: Fundamentals and Applications》(2010)。 此外还参加编写了《无机化学丛书第七卷 钪及稀土元素》，《稀土》等。
      卞祖强，无机化学功能材料博士，现为北京大学化学院无机化学研究所教授。主要研究领域为稀土配位化学和分子基功能膜材料。内容涉及到光电功能材料的分子设计、合成、结构及性质研究，特别是金属配合物的光致发光及电致发光性质的研究，以及它们在太阳能电池方面的应用。