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刘生忠教授团队刘渝城博士论文被《中国科学•化学》评选为“2017年度优秀论文”

  编辑: 李国华     发布时间:2019-04-07 14:45:41     材料科学与工程学院    

近日,我校材料科学与工程学院刘生忠教授团队在Science China Chemistry杂志上发表的题为“120 mm single-crystallineperovskite and wafers:towards viable applications”的论文被《中国科学•化学》评选为“2017年度优秀论文”。我校刘渝城博士为论文第一作者。

大尺寸单晶硅的发展已经改变了整个半导体行业,包括集成电路和太阳能电池。可以预见,大尺寸钙钛矿单晶的发展将拓展其在光伏、光电子、激光、检测器、LED等领域的广泛应用。遗憾的是,到目前为止,由于缺少大尺寸钙钛矿单晶材料,几乎所有的钙钛矿器件均是基于微晶薄膜。由于微晶钙钛矿材料中存在大量晶粒、晶界、晶隙和表面缺陷,导致载流子复合,从而显著降低了器件效率。本文研发了一种超大尺寸单晶生长技术,生长了一系列大尺寸钙钛矿单晶材料,发展了钙钛矿单晶切片方法,同时证明单晶薄片的光电响应比微晶薄膜高数百倍。

另讯:近日,我校材料科学与工程学院刘生忠教授和兰州大学靳志文教授带领的团队在Angew. Chem.Int. Ed.杂志上发表了关于銫-铅卤化物基钙钛矿太阳能电池(CsPbX3)的综述,硕士研究生张静茹为论文第一作者。

近年来,有机无机杂化钙钛矿因其卓越的光电性能以及制备简单等优点,得到了广泛的研究关注。然而,由于有机组分在热应力下易分解,这些电池的长期稳定性并不是很理想,因此使用不含有机阳离子的材料在稳定性方面具有明显优势。采用Cs取代有机基团是一个可行方法。为了深入研究CsPbX3这一体系,论文对CsPbX3材料性能进行了探讨,主要集中在晶体结构、电子结构、光物理性质和组成稳定性方面。

图1:CsPbX3体系中:(a)4种晶体结构;(b)容忍因子t与晶体结构的关系

本论文系统总结了CsPbX3钙钛矿太阳能电池领域的最新研究进展。铅基卤化物钙钛矿具有光吸收系数高、载流子扩散距离长、带隙可调等优异的光电性能以及低成本加工的特点。然而,空气稳定性和光稳定性差等钙钛矿材料固有的本征特性仍阻碍着其通往商业化的道路。而采用无机Cs+阳离子取代脆弱的有机基团形成銫卤化铅体系 (CsPbX3)能够从化学本质上解决这一问题。文中,作者在对CsPbX3材料和器件进行了概括性的介绍之后,详细讨论了CsPbI3、CsPbBr3以及混合卤化物CsPb(I,Br)3各种CsPbX3材料和电池的性能,并对CsPbX3钙钛矿太阳能电池的未来发展提出了挑战和展望。

文中重点论述了目前CsPbX3领域的发展状况和制备方法,同时对各个卤素配比的銫基电池进行了详细的分析与总结。全无机CsPbX3材料作为一种有机-无机杂化钙钛矿的替代材料已显示出巨大的潜力,特别是在过去的一年里,已经取得了很大的进展。然而,即使考虑到较高的带隙和较低的理论效率,CsPbX3的光电转换效率仍明显低于传统的有机无机杂化钙钛矿电池。在文章的最后,作者也提出了一些该领域发展遇到的问题,如α-CsPbI3的相不稳定问题虽然已经取得了很大的进展,其长期稳定仍是问题;关于Sn部分取代Pb的CsPbX3体系也面临着Sn元素的不稳定问题。在器件物理方面仍有很大的空间需要改进。相信在不久的将来,研究者们会在该领域有更大的突破与进展。

图2:CsPbX3体系中:(a)结合能(R*),有效质量(μ)和介电常数(ε)与带隙的关系;

(b)不同I/Br的晶体结构;(c)不同I/Br薄膜的光学照片

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