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我所在無機鈣钛礦電池性能調控方面取得進展

  近日,我所薄膜硅太阳能电池研究组(DNL1606)刘生忠研究員团队在无机钙钛矿电池性能调控方面取得新进展,相关成果在Advanced Energy MaterialNano Energy上發表。

  有機-無機金屬鹵化鈣钛礦太陽電池因具有較高的光電轉換效率而受到廣泛關注,近年來發展迅速,成爲光伏領域的研究熱點,但由于鈣钛礦晶體結構中有機陽離子與碘鉛八面體之間作用力較弱,致使該材料在外界條件刺激下容易分解,制約其進一步發展。相比之下,全無機鈣钛礦材料(CsPbX3, X=I, Br)因其优异的热稳定成为钙钛矿电池领域的新兴研究热点,然而基于无机钙钛矿材料的光伏器件内部非辐射复合较为严重,因此其光电性能仍具有较大提升空间。

  爲了提高無機鈣钛礦電池光電轉換效率,積極發展無機鈣钛礦性能調控策略,該團隊劉生忠和王開等人采用不同策略抑制器件內部電子複合。一般情況下,器件內非輻射複合可分爲界面複合和鈣钛礦薄膜內非輻射複合兩部分。針對界面複合,該團隊采用镧系金屬溴化物修飾電子傳輸層/鈣钛礦界面,從而在界面處形成梯度式能帶結構,達到抑制界面電子複合的目的,同時界面修飾可通過強化功能層間相互作用來促進電子動力學過程。基于該策略,該團隊將基于CsPbIBr2的鈣钛礦電池性能提高到10.88%,處于此領域較高水平;針對鈣钛礦薄膜內非輻射複合,該團隊采用金屬鋇離子摻雜的策略來抑制這一過程,在研究中發現,雖然鋇離子半徑不滿足Goldschmidt幾何規律的要求,但其仍然可以改善鈣钛礦材料光電性能,並提高器件穩定性。該研究表明鈣钛礦材料對金屬雜離子具有較高的容忍度。以上工作爲無機鈣钛礦性能調控提供了依據,在一定程度上推進了無機鈣钛礦電池的發展。

  该工作得到国家重点研究与发展计划、中央高校基础研究基金、国家自然科学基金、辽宁省博士启动基金、111项目、长江学者创新团队等项目的资助。(文/图 王开、段连杰)

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