王倜、徐红星等：混合卤素钙钛矿的稳定性研究取得重要进展

chunyu

12月19日，知名期刊《Advanced Science》在线发表了我院关于混合卤素钙钛矿光照稳定性研究的重要进展，论文题为“Beyond the Phase Segregation: Probing the Irreversible Phase Reconstruction of Mixed-Halide Perovskites”。武汉大学物理科学与技术学院李哲博士和华中科技大学国家光电研究中心郑鑫博士为论文共同第一作者，王倜研究员、徐红星院士以及华中科技大学的荣耀光副教授为通讯作者，武汉大学物理科学与技术学院为论文第一署名单位。
        有机-无机杂化卤素钙钛矿作为新一代的光电材料，在太阳能电池等领域有着巨大的应用前景。目前，硅基太阳能电池效率已经逼近其理论极限，而国家在近两年提出的碳达峰、碳中和等任务则对太阳能电池效率提出了更高的要求。这便迫使研究人员将研究重心逐步转向效率更高的叠层太阳能电池。为了构筑高效叠层太阳能电池，研究人员需要寻找一种带隙合适且价格低廉的高效光电材料。相较硅基材料而言，钙钛矿材料的巨大优势之一便是其可通过调节卤族元素比例连续调节材料带隙。如果进一步考虑到成本等影响，混合卤素钙钛矿几乎是未来商用叠层高效太阳能电池的不二之选。然而，混合卤素钙钛矿面临着稳定性问题难以解决的巨大挑战，其相关机理的探索也处于较为初步的阶段。

图：混合卤素钙钛矿在汞灯照射下的荧光成像变化

        在该工作中，研究人员首先制备了不同卤素比例的有机-无机杂化钙钛矿样品并进行了吸收谱、荧光光谱等基础测试确认了材料的优良性质。随后，通过汞灯照射下的原位荧光成像测试，研究人员发现该类钙钛矿样品在光照下会随着时间推移发生多个相变过程，并最终转变为宽带隙的纯溴相。进一步的TOF-SIMS，XRD等结果表明，该相重构过程伴随着碘元素的氧化逃逸过程和铅离子的还原过程。为了理解这一系列现象，研究人员提出了光照下卤族离子迁移后电荷在窄带隙相处积累并诱导其分解的理论模型。基于该模型，后续的混合卤素钙钛矿材料的稳定性优化可以从抑制离子迁移和避免电荷过度聚集两个方面入手。
       该工作通过原位观测混合卤素钙钛矿的荧光变化，系统的研究了该类材料在光照下的稳定性问题，对后续器件的优化具有重要的指导意义。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委等基金资助。
       文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202103948


        文章来源：武汉大学
       徐红星，武汉大学物理科学与技术学院教授，973项目首席科学家，长江特聘教授，2006年杰青，2010年获得中国青年科技奖，2013年获得饶毓泰物理奖，2016年获中国光学重要成果奖，2017年当选中国科学院院士。他长期从事表面增强光谱、等离激元光子学和纳米光学领域的研究工作：在实验上首次发现了金属纳米结构间隙的巨大电磁场增强效应，是超灵敏光谱传感的基础；首次实现了纳米光逻辑，开创了纳米光芯片研究的新方向；最近把等离激元共振的灵敏度提高到亚皮米精度。发表论文180余篇，SCI引用13000余次，单篇引用超过1000次的两篇（分别是1999年PRL，当年PRL被引最高的两篇文献之一；2000年PRE，当年PRE被引最高文献，被选为PRE的里程碑论文），单篇超过100次的37篇，h因子58；2014-2017年连续入选中国高被引学者榜。他已作国际会议邀请报告60余次；在等离激元光子学领域国际系列会议（SPP，NFO，SPIE,FOP）中，任FOP国际会议的大会主席，其它三大国际会议的程序委员会委员；最近任高登研究会议（GRC）Plasmonically-Powered Processes国际会议首届大会主席；曾任Nanoscale副主编，Optics Express副主编。
        王倜，博士，武汉大学物理科学与技术学院研究员、博士生导师。2013年于武汉大学物理科学与技术学院取得理学博士学位，2013年至2018年先后在University of Kansas和Purdue University从事博士后研究工作，2018年加入武汉大学物理科学与技术学院。期间一直从事超快激光光谱学方面的研究，利用超快激光技术研究二维材料、有机材料和新型太阳能半导体材料中载流子的超快动力学，以及其在空间上纳米尺度和时间上飞秒级别的输运、转移与分离行为。近年来在Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Science、Adv. Mater.等相关学术期刊上发表SCI论文40余篇，Google Scholar总引用1200余次。