“新型光伏材料与器件团队”在无机钙钛矿太阳能电池研究方面取得系列进展学术资讯

来源：兰州大学新闻网

有机无机杂化钙钛矿材料因其理想的禁带宽度、高的能量转化效率和优异的载流子传输性能等在太阳能电池领域受到了广泛关注。但其在光照、电场、水分等作用下容易分解，制约着其进一步的发展。相比之下，无机钙钛矿具有非常优秀的热稳定性，目前抑制其热力学相变是推进其应用化进程的关键。近几年，基于无机钙钛矿的太阳能电池的研究逐渐成为能源领域的一个重要研究方向。

在兰州大学双一流建设经费、物理科学与技术学院和磁学与磁性材料教育部重点实验室的支持下，靳志文教授于2018年成立的新型光伏材料与器件团队针对无机钙钛矿晶体结构的构筑、载流子传输性能的调控及器件结构的构建等方面与陕西师范大学及国家纳米中心合作开展了深入研究，取得了系列重要进展。

前期的研究中，团队通过中间体制备出亚稳态的γ-CsPbI3晶体，并通过苯乙胺碘添加剂制备出结晶质量优异，相稳定性好的γ-CsPbI3钙钛矿材料。最终得到的器件光电转换效率可达到15%以上（Nat. Commun. 2018, 9, 4544）。在此基础上：（1）团队通过向晶体中引入卤素，调节薄膜结晶过程，使薄膜的结晶性和光电性质得到进一步提升，获得了大于17%的效率（Nano Energy 2019, 58, 175-182; Chem. Mater. 2019, 31, 6231-6238）。（2）在结构设计方面，利用大分子基团的碘盐，在电池结构中形成梯度能级结构提高对载流子的收集，修饰薄膜表面减少器件工作过程中环境里的水及传输层内的离子扩散对器件的破坏，并进一步减少器件开路电压的损失，将电池效率逼进S-Q限制（Adv. Sci. 2018, 5, 1801123; Solar RRL 2018, 2, 1800216）。（3）考虑到全太阳光谱的不完全利用，尤其在紫外及红外光部分制约了太阳能电池的光电转化效率。引入上转化材料（Nano Lett. 2019, 19, 1796-1804），下转化材料（J. Mater. Chem. A 2019, 7, 5740-5747）及调整玻璃的雾度（Phys. Status Solidi A 2019, DOI:10.1002/pssa.201900602）来减少太阳能能量损失并提高其有效的光谱利用率。

最近，他们通过使用具有芳香族的势垒分子PEA+去调控γ-CsPbI3的维度，实现其维度在二维、准二维和三维之间自由切换，并发现在n = 40时的准二维结构中，观察到它的结晶取向性好，并且呈现出与三维γ-CsPbI3钙钛矿媲美的载流子参数。最终获得的器件具有卓越的光电转换效率及极端环境的稳定性（Adv. Energy Mater. 2019, doi.org/10.1002/aenm.201902529）。基于在无机钙钛矿太阳能电池研究方面取得的成绩，他们受邀在Angew. Chem. Int. Ed.杂志上以“All-Inorganic CsPbX3Perovskite Solar Cells: Progress and Prospects”为题撰写综述性论文，对无机钙钛矿太阳能电池方面的工作进行总结与讨论，并对无机钙钛矿太阳能电池的研究进行了展望（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 15596-15618）。

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