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我校在高性能二维钙钛矿太阳电池制备取得重要进展

  编辑:      发布时间:2019-10-14 19:59:01     部门:材料科学与工程学院    

近年来,由于有机无机杂化钙钛矿因其卓越的光电性能以及可溶液法制备等优点,得到了广泛的研究关注。其中,层间阳离子交替的新型二维钙钛矿(ACI)与常见的Ruddlesden-Popper (RP)和Dion−Jacobson (DJ)型钙钛矿相比具有不同的物理性质和新型结构,研究人员对ACI型的量子阱结构和厚度分布研究较少。光电转化效率与三维钙钛矿太阳能电池相比还是比较低,这严重阻碍了钙钛矿太阳能电池走向工业化。

近日,我校材料科学与工程学院赵奎教授和刘生忠教授带领的团队在二维钙钛矿组分优化及高效稳定二维钙钛矿太阳能电池制备方面取得重要进展。研究人员采用添加剂策略,通过组分优化(GA)(MA)nPbnI3n+1(<n> =3),并对ACI型的量子阱厚度分布和电荷传输机制进行了详细的阐述。形貌表征证实了添加剂有效增加了钙钛矿晶粒尺寸和薄膜表面平整度;通过瞬态吸收光谱证实了添加剂有效促进量子阱(QW)的厚度呈现出梯度分布,从而通过在低n相和高n相QW之间进行有效的电荷转移和传输,极大的提高了载流子传输效率,并进一步抑制了非辐射电荷复合。最终,由于开路电压(Voc)和填充因子(FF)的显着提高,经过添加剂处理的ACI钙钛矿太阳电池的光电转化效率达到了18.48%。相关研究成果以题为“Compositional Control in Two-Dimensional Perovskites withAlternating Cations in theInterlayer Space for Photovoltaicswith Efficiency over18%”发表在《先进材料》上(Advanced Materials,DOI:10.1002/adma.201903848,https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903848)。刘生忠教授和赵奎教授为共同通讯作者,2017级硕士研究生罗涛和张亚兰为论文的并列第一作者。这是目前二维钙钛矿太阳电池的世界最高效率。该研究成果为二维钙钛矿的组分优化建立了基本指导,将有助于进一步提高钙钛矿太阳能电池性能,进一步走向工业化。

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