西安交大吴朝新Nano Energy: 基于表面晶格应变调控的高效反型钙钛矿太阳能电池

稀、饭 4年前 (2020-06-02) 4040浏览

【引言】

如今，由于化石燃料储存限制，对可再生能量的需求急剧增长，急需发展高效稳定太阳能电池。有机-无机金属卤素钙钛矿材料作为近年的明星材料，由于其理想的直接带隙，高吸收系数，高载流子迁移率等优良光电特性而得到广泛研究。然而，由于其材料低形成能和快速结晶限制器件长期稳定性，阻碍其发展。近年来，功能化有机分子已被选择用于抑制缺陷形成等导致的稳定性问题。路易斯酸碱添加剂证明在延缓结晶、抑制缺陷形成方面特别有效。Henry J. Snaith组已经证明路易斯碱可以钝化晶格中未配位的Pb原子，降低非辐射复合，大幅提高荧光寿命。此外，关于同时具有缺陷钝化和晶格表界面稳固，实现相应分子的设计和选择也显得尤为重要。因此，在解决表界面晶格稳固，提高功能材料固有稳定，这将有利于高效率器件的实现和长期稳定性。

【研究内容】

针对以上钙钛矿太阳能器件中存在的问题，吴朝新教授组开发了：一种具有刚性和离域的共轭配体4-phenylpyridine (4-pPy)，通过调节结晶动力学，制备高质量、高结晶取向薄膜，减少晶格表面空位形成，并有效抑制晶格扭曲导致的器件不稳定。此外，有序排列显著抑制晶格畸变。DFT计算表明，吡啶衍生物与钙钛矿晶界表面三维排列优化特性，实现了刚性分子4-pPy最优的三维排列特性。该方式不仅降低了薄膜分解，而且贡献了杰出的光电特性。采用4-pPy刚性分子，实现p-i-n反型平面异质结钙钛矿器件21.12%（认证效率20.2%）的光电转化效率，并展现了杰出的稳定性。

该项研究工作以题目为“Local nearly non-strained perovskite lattice approaching a broad environmental stability window of efficient solar cells”近期发表于国际期刊Nano Energy(2020）。第一作者为课题组博士生徐洁，董化副教授、吴朝新教授和李璟睿特聘研究员为共同通讯作者，西安交通大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。该工作得到自然科学基金委项目（编号61904145、61505161和11574248）等的支持。

西安交通大学吴朝新教授团队长期研究新型功能材料的“光-电”与“电-光”物理机制及其器件应用如太阳能电池与发光二极管，近期有多项重要成果发表于国际顶级期刊：Joule，Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials, ACS Energy Letters, Nano Energy等，更多研究内容可参见吴朝新教授课题组主页：http://zhaoxinwu.gr.xjtu.edu.cn