第一作者：謝立強(qiáng)
通訊作者：魏展畫
第一單位：華僑大學(xué)
研究亮點(diǎn)：
1. CsPbBr3團(tuán)簇輔助鈣鈦礦結(jié)晶，降低α-FAPbI3的形成勢壘，僅需1%-6%的溴摻雜即可制備高質(zhì)量、無MA的CsPbBr3-FA鈣鈦礦。
2. 優(yōu)化后的鈣鈦礦太陽能電池的短路電流密度達(dá)到24.52 mA/cm2，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21.78%，且在1個太陽照射下、最大功率點(diǎn)跟蹤測試1000小時后仍能保持82%的初始效率。
基于FAPbI3的鈣鈦礦太陽能電池
基于甲脒碘化鉛（FAPbI3）的鈣鈦礦具有合適的禁帶寬度、較寬的光譜響應(yīng)范圍和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，有望用于制備高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池。然而，F(xiàn)APbI3往往需要較高含量的溴摻雜（通常高于17%）或陽離子摻雜來穩(wěn)定其光活性的鈣鈦礦相（α相，黑色），并抑制其向非鈣鈦礦相（δ相，黃色）轉(zhuǎn)變。這種摻雜雖然提高了鈣鈦礦的相穩(wěn)定性，但又會反過來降低其光譜響應(yīng)范圍，犧牲電流輸出。
成果簡介
本工作報道了一種基于CsPbBr3簇誘導(dǎo)的、自下而上的鈣鈦礦結(jié)晶方式，能夠制備出具有純α相、高質(zhì)量、低缺陷濃度、的無甲胺陽離子的FAPbI3鈣鈦礦薄膜。研究者發(fā)現(xiàn)，預(yù)合成的CsPbBr3粉末能在鈣鈦礦前驅(qū)液中形成納米尺度的團(tuán)簇，這些團(tuán)簇在鈣鈦礦中間體的形成過程中能作為晶種輔助鈣鈦礦膜的生長，并在后續(xù)的退火處理中被除去（圖a）。采用這種制備策略，僅需1%-6%的CsPbBr3就能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、FAPbI3鈣鈦礦的制備，從而使得電池的短路電流密度達(dá)到24.52mA/cm2，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21.78%（圖b）。更重要的是，優(yōu)化后的鈣鈦礦太陽能電池能在工作條件下（100 mW/cm2光照、最大功率點(diǎn)跟蹤）測試1000小時后，仍保持82%的初始效率（圖c）。
圖1. (a) CsPbBr3-FA鈣鈦礦膜的生長過程示意圖, (b)鈣鈦礦電池的J-V曲線和性能參數(shù)，(c) 鈣鈦礦電池的工況穩(wěn)定性。
小結(jié)
總而言之，本工作提出了一種新的通過調(diào)控鈣鈦礦前驅(qū)體化學(xué)組成來制備高效率、高穩(wěn)定性鈣鈦礦電池的方法，制備高效率、高工況穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽能電池。后續(xù)有望通過優(yōu)化鈣鈦礦/電荷傳輸層界面，進(jìn)一步提高鈣鈦礦電池的效率和穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)
L. Xie, K. Lin, J. Lu, W. Feng, P.Song, C. Yan, K. Liu, L. Shen, C. Tian and Z. Wei,Efficient andstable low-bandgap perovskite solar cells enabled by CsPbBr3-clusterassisted bottom-up crystallization approach. J. Am. Chem. Soc., 2019,
DOI: 10.1021/jacs.9b11546.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11546
作者介紹
謝立強(qiáng)，博士，現(xiàn)為華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師。2012年6月本科畢業(yè)于廈門大學(xué)化學(xué)系；2017年6月博士畢業(yè)于廈門大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)專業(yè)，導(dǎo)師為毛秉偉教授和田中群教授。2017年10月加入華僑大學(xué)材料學(xué)院魏展畫團(tuán)隊(duì)。目前的研究興趣是鈣鈦礦太陽能電池，已在Journalof the American Chemistry Society (2)、Journal ofMaterials Chemistry A (1)、The Journal of PhysicalChemistry C (1)、Physical Chemistry Chemical Physics (1)等期刊發(fā)表研究論文10余篇。
魏展畫，博士，現(xiàn)為華僑大學(xué)發(fā)光材料與信息顯示研究院院長，材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，2019年入選國家百千萬人才工程計劃，獲得“有突出貢獻(xiàn)中青年專家”榮譽(yù)稱號。2011年7月畢業(yè)于廈門大學(xué)化學(xué)系，取得學(xué)士學(xué)位；2015年8月畢業(yè)于香港科技大學(xué)化學(xué)系，取得博士學(xué)位，其導(dǎo)師為楊世和教授；2015年9月至2016年5月間在新加坡南洋理工大學(xué)數(shù)理學(xué)院從事博士后研究，合作導(dǎo)師為熊啟華教授。2016年5月加入華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，課題組的主要研究方向是能源光電材料，特別是鈣鈦礦電致發(fā)光器件和鈣鈦礦太陽能電池等，已在Nature、Journal of the American ChemicalSociety、Energy & Environmental Science和Angewandte Chemie International Edition等高水平期刊上發(fā)表研究論文30余篇。
