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武大臺啟東團(tuán)隊在鈣鈦礦太陽能電池研究取得多項進(jìn)展
來源：武漢大學(xué)新聞網(wǎng) 2022-08-10
導(dǎo)讀：近期，武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院臺啟東研究員課題組在鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得了多項進(jìn)展，成果在國際權(quán)威期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials,IF:19.924，2篇）和《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials，IF：29.698，1篇）發(fā)表。相關(guān)工作主要圍繞具有高穩(wěn)定性的無機(jī)電荷傳輸材料及碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池開展。
在題為“NiOxNanocrystals with Tunable Size and Energy Levels for Efficient and UV Stable Perovskite Solar Cells”的論文中，該課題組提出了一種高分散性的氧化鎳納米顆粒（NiOxNCs）的新型合成方法，通過使用四烷基氫氧化銨（TAAOH，烷基=甲基、乙基、丙基、丁基）作為沉淀堿，利用其不同烷基鏈長度控制NiOxNCs的尺寸，改變其Ni3+含量，從而調(diào)控NiOx薄膜的能級。使用最長的丁基鏈時，獲得了最小的NiOx顆粒尺寸和NiOx/鈣鈦礦界面的最佳能級排列，獲得了接近23%的光電轉(zhuǎn)換效率。這是基于NiOx的倒置鈣鈦礦電池最高效率之一。此外，未封裝的器件還表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外線穩(wěn)定性，在200小時連續(xù)紫外線照射后仍保持87%的初始效率。該工作為使用 NiOx空穴傳輸材料制備高效穩(wěn)定的鈣鈦礦電池提供了可靠的思路。論文第一署名單位是武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院，2019級博士生崔霞霞和2021級博士生金俊君為共同第一作者，臺啟東研究員和劉曉偉副研究員為共同通訊作者。圖1. 基于NiOx空穴傳輸層的器件結(jié)構(gòu)及性能圖論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202203049在題為“Fluorinated Interfaces for Efficient and Stable Low-Temperature Carbon-Based CsPbI2Br Perovskite Solar Cells”的論文中，該課題組提出了一種氟化雙界面策略，以克服低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池中普遍存在的體相缺陷和界面能級失配損害器件光伏性能的難題。即在無機(jī)CsPbI2Br鈣鈦礦吸光層的上下界面引入三氟乙酸鉀和4-三氟苯甲基溴化銨。得益于鈍化的薄膜缺陷，合適的能級匹配，促進(jìn)的電荷提取，以及抑制的電荷非輻射復(fù)合和離子遷移，雙界面優(yōu)化的器件實(shí)現(xiàn)了14.05%的效率，且表現(xiàn)出更好的濕、熱和光照穩(wěn)定性。論文第一署名單位是武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院，2020級博士生張祥為第一作者，臺啟東研究員為唯一通訊作者。圖2. 氟化雙界面修飾的功能示意及相應(yīng)的器件性能圖論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202205478近日，課題組還應(yīng)邀發(fā)表了題為“Recent Progress of Carbon-Based Inorganic Perovskite Solar Cells: from Efficiency to Stability”的專題綜述。從效率和穩(wěn)定性兩個方面總結(jié)了碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的最新進(jìn)展。通過對其器件結(jié)構(gòu)、工作原理、材料性質(zhì)、制備工藝的系統(tǒng)歸納，介紹了一系列提高器件效率的策略，包括制備工藝優(yōu)化、溶劑工程、組分工程、界面工程、電荷傳輸層優(yōu)化等，同時闡述了碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池在濕、熱和光照環(huán)境壓力下的穩(wěn)定性問題，最后討論了該領(lǐng)域存在的挑戰(zhàn)，并展望了未來的發(fā)展前景。論文第一署名單位是武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院，2020級博士生張祥為第一作者，臺啟東研究員和物理學(xué)院趙興中教授為共同通訊作者。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202201320上述工作得到了國家自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金的支持。
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