近日，上�？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院陳剛團(tuán)隊在甲脒基鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得了系列進(jìn)展。通過對薄膜生長條件的精準(zhǔn)優(yōu)化，制備出了高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池器件。相關(guān)成果分別發(fā)表于國際知名期刊Advanced Materials和Small。

甲脒基 Dion-Jacobson相鈣鈦礦材料因兼顧光電性能與環(huán)境穩(wěn)定性，受到諸多關(guān)注。然而，受到薄膜內(nèi)部本征缺陷的限制，基于此類材料的太陽能電池通常表現(xiàn)出較差的器件性能。剛性二胺有機(jī)層間隔陽離子對晶格失配容忍度低，這會導(dǎo)致缺陷和晶格畸變的產(chǎn)生，并最終影響器件光電性能。陳剛團(tuán)隊在甲脒基低維鈣鈦礦材料內(nèi)部引入了單胺間隔層陽離子，顯著提高了薄膜品質(zhì)（圖一）。靈活的單價間隔陽離子有效地減輕了晶格畸變并減少了晶體缺陷，為鈣鈦礦薄膜提供了理想的微觀形貌、優(yōu)異的晶體取向、較少的缺陷態(tài)以及更高的電荷傳輸能力�；�于優(yōu)化后薄膜的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 16.0%，為同類器件的最高值。此外，該類器件還表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在85°C下老化800小時后仍保持其初始效率的90%。該成果以“Tailoring Interlayer Spacers for Efficient and Stable Formamidinium-Based Low-Dimensional Perovskite Solar Cells”為題，發(fā)表于國際知名期刊Advanced Materials。

圖一、調(diào)控有機(jī)層間隔陽離子制備高品質(zhì)甲脒基低維鈣鈦礦薄膜。

在另外一項近研究中，陳剛團(tuán)隊揭示了在潮濕條件下退火對甲脒基鈣鈦礦薄膜品質(zhì)的提升作用，并應(yīng)用先進(jìn)同步輻射技術(shù)研究了其內(nèi)在機(jī)制。甲脒基鈣鈦礦材料具有制備高效商業(yè)太陽能電池的巨大潛力，然而此類薄膜需要在嚴(yán)苛的環(huán)境下加工，阻礙了其商業(yè)化進(jìn)程。陳剛團(tuán)隊系統(tǒng)地研究了在環(huán)境條件下退火制備甲脒基鈣鈦礦薄膜的過程。在低濕度條件下制備的薄膜比在無濕條件下制備的薄膜具有更少的針孔和缺陷，并表現(xiàn)出更好的器件性能。一系列原位和準(zhǔn)原位研究揭示了低濕度條件下退火過程中，水分子和鈣鈦礦之間的相互作用引發(fā)的鈣鈦礦薄膜缺陷不斷地愈合（圖二）的現(xiàn)象。該研究將進(jìn)一步推進(jìn)甲脒基鈣鈦礦太陽能電池的環(huán)境制備和相關(guān)器件的實用化發(fā)展。該成果以“Humidity-Induced Defect-Healing of Formamidinium-Based Perovskite Films”為題，發(fā)表于國際知名期刊Small。

圖二、濕度誘導(dǎo)甲脒基鈣鈦礦薄膜鈍化修復(fù)。

兩篇文章的第一作者分別為物質(zhì)學(xué)院2018級研究生程蕾和副研究員孟軻，陳剛教授為通訊作者，上海科技大學(xué)為第一完成單位。該研究得到了國家自然科學(xué)基金，上海市科委，上科大啟動經(jīng)費及上海光源的大力支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202106380

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202104165