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科研进展

《Advanced Materials》刊登方国家、陶晨团队钙钛矿光伏电池新成果

来源:  发布时间:2020-12-11 12:41:31 点击次数:

12月10日,国际权威学术期刊《Advanced Materials》在线发表了我院方国家教授、陶晨研究员团队的最新研究成果。

论文题为“Roles of MACl in Sequentially Deposited Bromine-Free Perovskite Absorbers for Efficient Solar Cells”。该研究工作第一署名单位为澳门新萄京手机版网址。我院2019级博士生叶飞鸿为第一作者,方国家教授、陶晨研究员为通讯作者。这项工作的共同作者还包括王倜研究员、张顺平博士、马俊杰博士,博士生陈聪、王海兵和徐宇浩。

有机无机杂化铅卤钙钛矿型太阳能电池是过去十年中最受学术界和工业界关注的光伏新星,其认证光电转换效率已高达25.2%。目前,几乎所有高效的钙钛矿太阳能电池都采用基于甲脒铅碘(FAPbI3)的钙钛矿作为吸光材料。然而,FAPbI3的晶体结构很不稳定,在室温下很容易从黑色α相转变为黄色δ相。最常见的稳定FAPbI3晶体结构的方法是在A位掺入甲胺(MA)以及在X位掺入溴(Br),但MA和Br的加入将会不可避免地扩大其带隙并降低钙钛矿在光照下的稳定性。此外,许多研究也表明钙钛矿中残余的PbI2也会加速钙钛矿在光照下的降解,进而降低太阳能电池的稳定性。

针对这些问题,团队成员在两步沉积法中仅引入MACl作为稳定剂来制备无溴FA基钙钛矿,从而减小了稳定FAPbI3时伴随的带隙损失。研究发现,通过调控MACl的量,能抑制钙钛矿在退火过程中的降解,使得最终残留的PbI2在一个适量的范围。最后,MACl能平衡两步沉积过程中PbI2FAI的反应,使不均匀的FAPbI3薄膜变得连续且具有较大的晶粒。研究表明,适量MACl的添加使得FAPbI3薄膜的光电性质得到明显的改善,例如获得了更长的载流子寿命和更低的陷阱密度。基于纯FAPbI3的钙钛矿电池仅能提供7.2%的转换效率,而添加MACl后的钙钛矿电池可以提供23.1%的转换效率,且体现出了更好的连续光照稳定性。这项工作表明,在两步沉积法中,MACl的添加足以制备出高效且较稳定的FA基钙钛矿太阳能电池。


该工作得到了科技部科技计划、国家自然科学基金、湖北省科技计划和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202007126


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