钙钛矿单晶研究取得重要进展

发布日期:2019-1-21     浏览次数:1043次    发布者:刘春英    

   我院田中群院士课题组和毛秉伟教授课题组合作在钙钛矿材料长期稳定性研究方面取得重要进展,相关结果Toward long-term stability: single crystal alloys of cesium-containing mixed cations and mixed halides perovskite在线发表于J. Am. Chem. Soc. (DOI: 10.1021/jacs.8b11610)

钙钛矿太阳能电池是近年来化学、材料、能源等领域的研究热点之一。因其高的光电转化效率(23.7%,远超过市场上广泛使用的多晶硅太阳能电池的效率)和低廉的成本,其产业化前景十分光明。然而,与硅基太阳能电池超过20年以上的使用寿命相比,钙钛矿太阳能电池的长期稳定性是制约其应用的瓶颈问题。

本工作通过制备一系列高品质的含铯混合阳离子、混合卤素钙钛矿单晶合金,以研究钙钛矿材料在光、热、水氧条件下的长期稳定性。单晶体系可以有效的排除钙钛矿太阳能电池复杂的晶界、界面及界面材料对稳定性的影响,可以反映钙钛矿材料本征的长期稳定性。研究发现,当铯含量达到10%或溴含量达到15%时,在水氧的作用下会发生两种相分离过程,同时阳离子对阴离子的相分离具有协同影响作用。为此,本工作优化出一个具有高度稳定性的钙钛矿新组分:其在10,000 h 的水氧稳定性和1,000 h 的光稳定性测试中依然保持优异的结构稳定性。同时此组分具有长达16 μs的载流子寿命,有望成为制备高效率且稳定的钙钛矿太阳能电池的新组分。通过单晶结构解析,进一步揭示了此组分高度稳定性的内在原因。该工作为指导和发现更为稳定的钙钛矿材料提供了新的研究思路和方法。

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我院2013级直博生陈亮和2016级硕士生谭艳艳为该研究的共同第一作者。能源材料化学协同创新中心陈志昕和南子昂博士生在单晶结构测量和解析方面给予了极大帮助。我院周剑章副教授和颜佳伟教授等在实验方面给予了指导和帮助。该研究得到国家自然科学基金(项目批准号:2162109121473147),科技部重点研发计划(项目批准号:2016YFA0200703)的资助。

 论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b11610