電子信息與人工智能學(xué)院青年教師黃晉在《Advanced Functional Materials》發(fā)表鈣鈦礦太陽能電池研究進(jìn)展論文

近期，電子信息與人工智能學(xué)院青年教師黃晉副教授等報道了一種新型類二維鈣鈦礦材料二氨基苯二氫碘化物-MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x，實(shí)現(xiàn)了基于MAPbI₃為主結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）22.34%的新紀(jì)錄，光照穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性提高了20%-30%，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際頂級期刊Advanced Functional Materials。

有機(jī)-無機(jī)鹵化物鈣鈦礦器件因優(yōu)異的光伏性能和較低的制備成本，成為最具發(fā)展?jié)摿Φ牡谌柲茈姵?，但對于鈣鈦礦電池大規(guī)模的生產(chǎn)使用，還存在著穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)化效率未完全開發(fā)等問題。本工作依據(jù)芳香族雙陽離子間隔物有利于改善電荷轉(zhuǎn)移的思路，通過引入二氨基苯二氫碘化物（DD）和甲脒（FA⁺）兩種不同離子來形成不對稱的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，制備了DD-MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x二維材料作為光吸收層，DD的兩個氨基可以部分取代MA⁺和FA⁺，與鹵化鉛有效相互作用并連接MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x，從而改善電荷傳輸通道，如圖1（a）所示。圖1（b）展示了不同比例DD的優(yōu)化后，最佳光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了22.34%，也是目前已MAPbI₃為主結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率。

(a)

(b)

圖1.MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x-C₆H₁₀I₂N₂的結(jié)構(gòu)示意圖（a），不同DD比例與0.4mol%比例下MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x的J-V曲線（b）

圖2.優(yōu)化的DD（0.4mol%）的PSC和參考PSC用于環(huán)境，照明和熱穩(wěn)定性關(guān)系曲線。

圖2為DD（0.4mol%）優(yōu)化的器件分別在大氣中關(guān)照和加熱條件下PCE在一段持續(xù)時間內(nèi)的衰減情況，從圖中可以看出優(yōu)化的器件比參考的標(biāo)準(zhǔn)器件展現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性，測試分析認(rèn)為穩(wěn)定性的增強(qiáng)歸因于鈣鈦礦膜中較低的陷阱密度，較高的結(jié)晶度和穩(wěn)定的不對稱結(jié)構(gòu)。綜上所述，二氨基苯二氫碘化物-MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x二維不對稱鈣鈦礦成功應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池中的吸收層，不僅增強(qiáng)了電荷分離和傳輸，而且還提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性，此次研究的結(jié)果為鈣鈦礦太陽能電池的快速產(chǎn)業(yè)化起到一定的推動作用。

相關(guān)成果以“DD-MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_xUnsymmetrical Perovskites with over 22% Efficiency for High Stability Solar Cells”為題發(fā)表在（Adv. Funct. Mater. 2022, 2110788.）上。陜西科技大學(xué)電子信息與人工智能學(xué)院青年教師黃晉副教授為論文第一作者，陜西科技大學(xué)黃晉和西安交通大學(xué)張丹為共同通訊作者。感謝國家自然科學(xué)基金項目和陜西科技大學(xué)科研啟動項目的大力支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202110788.

(核稿：孫連山 編輯：王舒婷)