上海交通大學韓禮元團隊再發Science：穩固柔弱的鈣鈦礦半導體異質結
王言博
納米人
2019-08-16
第一作者：王言博鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型光伏技術，具有光電轉換效率高、生產成本低的特點。但是，鈣鈦礦電池的異質結結構并不穩固，一旦異質結結構被破壞，電池性能就會顯著降低。如何穩固鈣鈦礦太陽能電池中“柔弱”的異質結結構，保護光生電荷的分離和提取過程，成為解決其穩定性難題的一個重要研究方向。
有鑒于此，上海交通大學楊旭東教授、韓禮元教授報道了一種穩固鈣鈦礦半導體異質結的新策略。研究人員通過硫氰酸鉛或醋酸鉛溶液對鈣鈦礦薄膜表面的處理獲得表面富鉛的鈣鈦礦薄膜，X射線光電子能譜證明了表面鉛元素含量的增加，掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡照片表明薄膜形貌未發生明顯變化。在富鉛鈣鈦礦薄膜表面沉積氯化氧化石墨烯薄膜，通過形成氯-鉛鍵、氧-鉛鍵將兩層薄膜結合在一起，形成新的異質結結構。一方面，成鍵讓氯化氧化石墨烯能夠與鈣鈦礦表面牢固結合，穩定的異質結結構可以有效減少鈣鈦礦半導體薄膜的分解和缺陷的產生。另一方面，氯化氧化石墨烯本身致密，覆蓋的好，能夠阻礙離子移動，減少了逃逸離子對電荷傳輸層功能性的破壞。具有穩定異質結結構的鈣鈦礦器件，經老化后，電荷傳輸層表面電勢分布仍然均勻，電荷傳輸層中鈣鈦礦分解產物未見明顯增多。
具有該異質結結構的鈣鈦礦太陽能電池，在一個標準太陽光光強和60 oC條件下連續工作1000小時的后，仍然保有初始效率的90%，而且電池的穩態輸出效率通過了國際公認電池評測機構-日本產業技術綜合研究所（AIST）光伏技術研究中心的認證。
總之，這項成果提出了一種構建穩固的鈣鈦礦半導體異質結的新策略，為鈣鈦礦電池提高穩定性，早日實現商業化起到了重要推動作用。第一作者-王言博：上海交通大學博士研究生，主要研究方向為高效率，高穩定性鈣鈦礦太陽能電池的制備與機理。以第一作者身份在Science、Adv. Mater.和Adv. Energy Mater.等高水平期刊發表SCI論文5篇。
通訊作者-楊旭東教授：上海交通大學材料科學與工程學院金屬基復合材料國家重點實驗室教授。博士畢業于中國科學院，先后于英國劍橋大學，日本物質材料研究機構進行博士后階段的研究。在Science, Nature, Nature Communication,Joule,等世界頂尖期刊上發表多篇高水平學術論文。當前主要研究方向是光電子轉化和電荷傳輸機理，光伏器件的制備與應用。
通訊作者-韓禮元教授：上海交通大學材料科學與工程學院講席教授/博導。1988年畢業于日本大阪府立大學應用化學專業，工學博士。先后在日本DIC公司和Sharp公司研究光電轉換材料和器件18年。2008年被邀請到日本國立物質材料研究所擔任下一代太陽電池中心主任。2010年成為上海交通大學特聘教授，從事染料敏化，鈣鈦礦太陽能電池方面的研究。在提高太陽能電池的轉換效率和模塊技術上取得多項創新成果。申請專利150多項。在Science、Nature、Nature Energy、 Nature Communication、Joule、Adv. Mater等期刊上發表了260多篇高水平學術論文，獲得同行引用13400多次，H因子51。今后主要的研究方向是開發高效率穩定的大面積鈣鈦礦太陽能電池，旨在推動該電池產業化進程。
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