大連化物所在無機鈣鈦礦電池性能調(diào)控方面取得進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所薄膜硅太陽能電池研究組研究員劉生忠團隊在無機鈣鈦礦電池性能調(diào)控方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果在Advanced Energy Material和Nano Energy上發(fā)表。

有機-無機金屬鹵化鈣鈦礦太陽電池因具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率而受到廣泛關(guān)注，近年來發(fā)展迅速，成為光伏領(lǐng)域的研究熱點，但由于鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中有機陽離子與碘鉛八面體之間作用力較弱，致使該材料在外界條件刺激下容易分解，制約其進(jìn)一步發(fā)展。相比之下，全無機鈣鈦礦材料（CsPbX3, X=I, Br）因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性成為鈣鈦礦電池領(lǐng)域的新興研究熱點，然而基于無機鈣鈦礦材料的光伏器件內(nèi)部非輻射復(fù)合較為嚴(yán)重，因此其光電性能仍具有較大提升空間。

為了提高無機鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率，積極發(fā)展無機鈣鈦礦性能調(diào)控策略，該團隊劉生忠和王開等人采用不同策略抑制器件內(nèi)部電子復(fù)合。一般情況下，器件內(nèi)非輻射復(fù)合可分為界面復(fù)合和鈣鈦礦薄膜內(nèi)非輻射復(fù)合兩部分。針對界面復(fù)合，該團隊采用鑭系金屬溴化物修飾電子傳輸層/鈣鈦礦界面，從而在界面處形成梯度式能帶結(jié)構(gòu)，達(dá)到抑制界面電子復(fù)合的目的，同時界面修飾可通過強化功能層間相互作用來促進(jìn)電子動力學(xué)過程?；谠摬呗裕搱F隊將基于CsPbIBr2的鈣鈦礦電池性能提高到10.88%，處于此領(lǐng)域較高水平；針對鈣鈦礦薄膜內(nèi)非輻射復(fù)合，該團隊采用金屬鋇離子摻雜的策略來抑制這一過程，在研究中發(fā)現(xiàn)，雖然鋇離子半徑不滿足Goldschmidt幾何規(guī)律的要求，但其仍然可以改善鈣鈦礦材料光電性能，并提高器件穩(wěn)定性。該研究表明鈣鈦礦材料對金屬雜離子具有較高的容忍度。以上工作為無機鈣鈦礦性能調(diào)控提供了依據(jù)，在一定程度上推進(jìn)了無機鈣鈦礦電池的發(fā)展。

該工作得到國家重點研究與發(fā)展計劃、中央高校基礎(chǔ)研究基金、國家自然科學(xué)基金、遼寧省博士啟動基金、111項目、長江學(xué)者創(chuàng)新團隊項目等的資助。