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信息科学技术学院麦耀华团队在Advanced Energy Materials杂志发表全无机钙钛矿电池重要结果

字体: 2018年12月29日 浏览量: 来源: 信息科学技术学院新能源技术研究院 作者: 发布:新闻中心

近日,信息科学技术学院新能源技术研究院麦耀华教授团队的论文“Structurally Reconstructed CsPbI2Br Perovskite for Highly Stable and Square-Centimeter All-Inorganic Perovskite Solar Cells”在Advanced Energy Materials (AEM, IF=21.875)杂志上发表。博士生刘冲与副研究员李闻哲为共同第一作者,麦耀华教授和范建东教授为文章共同通讯作者。

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的认证效率已经达到了23.7%,但是在其迈向产业化的道路上仍然需要解决稳定性方面的问题,如水氧稳定性、热稳定性、紫外光稳定性等。其中,造成传统有机-无机杂化钙钛矿太阳电池热稳定性问题的主要原因为电池器件中的钙钛矿吸收层以及电荷传输层中大多使用了加热易升华和分解的有机材料,因此开发采用无机光吸收层和载流子传输层的“全无机”钙钛矿电池是解决该类型电池热稳定性的重要途经。

新能源技术研究院麦耀华团队率先使用二步控温法制备均匀、致密的全无机钙钛矿光吸收层,同时采用基于ZnO@C60无机电子传输层,提高了全无机钙钛矿电池的转换效率和热稳定性,相关研究结果发表在多个高水平期刊上(J. Mater. Chem. A, 2016, 4(43): 17104;Nano Energy, 2017, 41: 75-83.;J. Am. Chem. Soc., 2018, 140(11): 3825-3828;)。

但是,高转换效率要求全无机钙钛矿电池具有较高的碘含量,而高碘含量的钙钛矿材料的化学稳定性较差。解决这个问题需要了解钙钛矿薄膜的老化过程和机制,团队进一步研究发现,在制备高碘比例的无机钙钛矿薄膜时,经常伴随出现一些“白色斑点”,通过微区拉曼技术,确定了该斑点为δ-相钙钛矿,并通过光学显微镜原位观察,发现该“斑点”正是作为相变中心在空气中诱导α-相钙钛矿薄膜降解。

为了解决这个问题,团队引入InCl3掺杂技术,在In3+离子和Cl-离子共同作用下,原钙钛矿晶格常数降低,甚至在高浓度掺杂情况下可实现由四方相向立方相的转变。最终,经InCl3掺杂后的薄膜,可以有效的改善上述提到的“白色斑点”问题,得到了纯α-相的钙钛矿薄膜。该器件放置在空气中可实现80h内效率不衰减,另外,在空气中60℃下持续加热,也可实现100h内效率衰退小于20%。将原两步控温方法升级为辐射加热方法后,更可改善过渡膜在较大面积内的均匀性,该方法应用于大面积器件的制备中,获得了效率为11.4%的大面积全无机钙钛矿太阳电池。该结果发表在能源领域高水平期刊Advanced Energy Materials (AEM, IF=21.875)上。

该研究得到广东省高水平大学建设经费的资助,同时也得到国家自然科学基金委项目(51872126、51672111、51802120、11675252、11605278、U1632265 ),广东省自然科学基金(2018030310181),暨南大学科研培育与创新基金青年基金项目(21617341)的支持。

文章链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201803572

https://doi.org/10.1002/aenm.201803572

(信息科学技术学院新能源技术研究院)

责编:李伟苗

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