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(yáng)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(bào)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(yáng)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(guó)際頂級(jí)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?yáng)能電池，但對(duì)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(yáng)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(duì)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(gè)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(yáng)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(shí)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(cè)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(duì)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(duì)稱鈣鈦礦成功應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)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(yáng)能電池的穩(wěn)定性，此次研究的結(jié)果為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的快速產(chǎn)業(yè)化起到一定的推動(dòng)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和陜西科技大學(xué)科研啟動(dòng)項(xiàng)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)