西安交大鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究取得新進(jìn)展

有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料由于具有吸收系數(shù)高，激子束縛能低和載流子壽命長(zhǎng)，且元素儲(chǔ)量豐富和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)迅速成為光電器件研究領(lǐng)域的“寵兒”。近年來(lái)，科研人員采用有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料作為光吸收層，在太陽(yáng)能電池方面的研究取得了巨大成功，其光電轉(zhuǎn)換效率從2009年的3.8%劇增到2019年的25.4%(甚至達(dá)到實(shí)驗(yàn)室28%的轉(zhuǎn)換效率：28%，鈣鈦礦電池又打破記錄!)，該效率已經(jīng)超過(guò)目前所有薄膜太陽(yáng)能電池效率。

在薄膜鈣鈦礦太陽(yáng)能電池如火如荼發(fā)展的同時(shí)，鈣鈦礦量子點(diǎn)因其發(fā)光波長(zhǎng)可調(diào)、窄帶發(fā)射、量子效率高等特點(diǎn)，也掀起了一股研究熱潮。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)控制鈣鈦礦納米晶的形貌與尺寸，可調(diào)節(jié)其能級(jí)結(jié)構(gòu)和光電性能。

將鈣鈦礦量子點(diǎn)引入到太陽(yáng)能電池中，不僅可提高對(duì)太陽(yáng)光的利用率，還能避免鈣鈦礦薄膜中通過(guò)混合鹵化物調(diào)節(jié)帶隙所引起的組分偏析和效率不穩(wěn)定等問(wèn)題。雖然鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的種種得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)使其在基礎(chǔ)研究和商業(yè)化領(lǐng)域成為一匹黑馬，但由于鈣鈦礦材料在潮濕環(huán)境和光照條件下具有較差的環(huán)境穩(wěn)定性，容易發(fā)生分解并造成電池效率降低或失效，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化道路進(jìn)展依舊緩慢。

為獲得高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件，西安交通大學(xué)電信學(xué)部闕文修教授聯(lián)合美國(guó)布朗大學(xué)Chen Ou博士團(tuán)隊(duì)、Nitin P。 Padture與Yuanyuan Zhou教授團(tuán)隊(duì)，采用陽(yáng)離子交換法合成Cs1-xFAxPbI3鈣鈦礦合金量子點(diǎn)，將其沉積在FAPbI3薄膜表面，形成具有富銫表面的光吸收層，可減少電池器件中光生載流子的復(fù)合。與FAPbI3薄膜組裝的太陽(yáng)能電池相比，Cs1-xFAxPbI3量子點(diǎn)修飾的FAPbI3基太陽(yáng)能電池的環(huán)境穩(wěn)定性得到了顯著提高。鈣鈦礦量子點(diǎn)通過(guò)與相似組分的薄膜相互融合，為制備高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了一種新的可能。

上述研究成果以《量子點(diǎn)誘導(dǎo)富銫表面增強(qiáng)甲脒鉛碘基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性》(Quantum-Dot-Induced Cesium-Rich Surface Imparts Enhanced Stability to Formamidinium Lead Iodide Perovskite Solar Cells)為題發(fā)表在ACS Energy Letters期刊上，該期刊為美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)旗下的國(guó)際能源領(lǐng)域頂級(jí)期刊，最新影響因子為16.3。闕文修教授自2006年從新加坡歸國(guó)任教后，其團(tuán)隊(duì)一直致力于太陽(yáng)能可持續(xù)轉(zhuǎn)換成其它清潔能源的研究，目前在新型太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域已發(fā)表系列高水平的學(xué)術(shù)成果。此論文的發(fā)表，受到了國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家的高度關(guān)注和充分肯定。

本研究由西安交通大學(xué)電信學(xué)部闕文修教授團(tuán)隊(duì)發(fā)起并和美國(guó)布朗大學(xué)Chen Ou博士團(tuán)隊(duì)、Nitin P。 Padture與Yuanyuan Zhou教授團(tuán)隊(duì)合作完成。西安交通大學(xué)電信學(xué)部為第一通訊單位，電信學(xué)部闕美丹博士為第一作者，美國(guó)布朗大學(xué)工程系戴政泓博士生為共同第一作者，西安交通大學(xué)闕文修教授和美國(guó)布朗大學(xué)Nitin P。 Padture教授，Yuanyuan Zhou博士，Ou Chen博士為本文的通訊作者。