韩礼元教授团队在非铅钙钛矿太阳电池研究中取得新进展

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锡钙钛矿因其优异的光电性能及低毒性成为近几年最具研究潜力的无铅钙钛矿材料。然而，锡钙钛矿结晶过快引起的无规则晶体排列及高缺陷浓度造成器件效率与铅钙钛矿太阳电池相比仍有较大差距。尽管通过添加剂工程或后处理方法可以优化锡钙钛矿的结晶过程，但此前的多数报道主要致力于减缓晶体生长或诱导择优取向其中一方面。此外，特定添加剂与不同的前驱体体系不相容，阻碍了锡钙钛矿太阳电池的商业化进程。
        近日，上海交通大学材料科学与工程学院韩礼元教授团队在国际高水平期刊Advanced Functional Materials发表非铅钙钛矿太阳电池的最新进展。韩礼元和助理教授王言博为论文的通讯作者，博士生崔丹钰与日本东京大学的研究员刘潇为共同第一作者。该工作通过降低锡钙钛矿前驱体溶液的温度，一方面提高晶体的临界形核功以降低形核率，为晶体生长提供充分的空间；另一方面，低温延缓溶质扩散及溶剂蒸发，为晶体的奥斯瓦尔德熟化预留了充足的时间。鉴于上述两点，成功制备大晶粒、低粗糙度的高质量锡钙钛矿薄膜。

图1. 不同温度前驱体对应的晶体形核过程

图2. FASnI3薄膜质量及晶体生长机理

       经X射线衍射谱分析，低温前驱体溶液制备的锡钙钛矿薄膜具有高结晶度。根据Lamer图，降低前驱体溶液温度，可提高锡钙钛矿临界形核浓度Cmin，同时减缓溶质扩散与溶剂蒸发，拓宽晶体形核与生长的时间窗口，使晶体有充分时间择优排列。

图3. 基于低温前驱体溶液的器件性能

        该方法可与添加剂工程及后处理等手段兼容。将低温前驱体与此前报道的后处理方法结合制备的反式器件获得高达12.11%的光电转换效率。
        论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100931
         文章来源：上海交通大学
      韩礼元，日本国立物质材料研究所研究员，上海交通大学讲席教授。1988年博士毕业于日本大阪府立大学应用化学专业；1990-1993年，日本Dainippon Ink & Chemicals Inc公司助理研究员；1993—2008年，夏普公司研究所负责染料敏化太阳能电池的研究开发；2008年—至今，日本物材研究所下一代太阳能电池中心主任。