Fundamental Research | 韩宏伟教授、胡玥副教授：“可印刷介观钙钛矿太阳能电池最新效率纪录”

Fundamental Research 2021年第1卷第4期封面

可印刷介观钙钛矿太阳能电池最新效率纪录

作为新一代光伏发电技术中的翘楚，有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池从诞生以来，就因其光电转换性能优异、成本低廉、商业价值巨大而备受关注，展现出良好的应用前景。钙钛矿材料的化学式为ABX₃，其中A和B分别是不同大小的有机阳离子和金属阳离子，X是与B配位的卤素阴离子。受容忍因子和八面体因子的制约，仅有非常有限的有机阳离子（如甲胺、甲脒等）可以维持钙钛矿晶体的三维结构及稳定性。使用多种有机阳离子制成混合阳离子钙钛矿材料可以扩大A位的选择范围，且近年来发展迅猛，目前最高性能太阳能电池使用的钙钛矿材料体系即为混合阳离子钙钛矿。然而，A位阳离子的作用仅局限于调节钙钛矿的晶格和带隙，其在载流子传输上的作用很大程度上被忽视。

近期，华中科技大学武汉光电国家研究中心韩宏伟教授、胡玥副教授等在国家自然科学基金委员会主管、主办的Fundamental Research期刊上发表的论文中，发现虽然有机阳离子不参与贡献钙钛矿的带边电子态，但通过设计和调节有机阳离子的氢键数量、介电性质等，可以影响到无机八面体骨架的倾斜和旋转，影响半导体中载流子的散射，从而影响材料的载流子传输能力。通过在甲胺铅碘（MAPbI3）钙钛矿中引入大阳离子乙脒（Ace）或胍（Gua），制备新型混合阳离子钙钛矿（Ace-MAPbI3和Gua-MAPbI3），深入研究了A位阳离子对混合阳离子型钙钛矿电学特性的隐藏作用。和MAPbI3钙钛矿相比，混合阳离子钙钛矿Ace-MAPbI3和Gua-MAPbI3的带隙均没有明显变化。通过导电原子力显微镜和太赫兹透射光谱测试表明，混合阳离子钙钛矿Ace-MAPbI3的导电性显著改善。进一步研究表明，Ace-MAPbI3钙钛矿的载流子迁移率相比于MAPbI3有一个数量级的提高，缺陷密度也显著降低。

图1. 新型混合阳离子钙钛矿Ace-MAPbI₃展现出显著提升的载流子迁移率和导电能力并大幅提高了可印刷介观钙钛矿太阳能电池的效率。

他们将这种混合阳离子钙钛矿运用于无空穴传输材料的可印刷介观钙钛矿太阳能电池中，这种电池的特点在导电玻璃上丝网印刷介孔二氧化钛层、介孔氧化锆层、多孔碳电极作为骨架材料，最后填充钙钛矿材料，完成器件的制作。混合阳离子钙钛矿Ace-MAPbI3的高载流子迁移率与高导电性极大地促进了器件内部的载流子传输/提取，抑制器件中的电荷复合，使得基于碳对电极及三层介孔膜结构的可印刷介观钙钛矿太阳能电池的光电转换效率得到提升至18%以上（认证效率17.7%）。

以上内容节选自期刊Fundamental Research 2021年第4期发表的文章 X. F. Xiao, Y. M. Chu, C. Y. Zhang, et al., Enhanced perovskite electronic properties via A-site cation engineering, Fundamental Research 1(4)(2021)385–392”。

请识别二维码下载PDF原文

作者简介

韩宏伟 2000年本科毕业于武汉大学应用化学系，2005年博士毕业于武汉大学凝聚态物理专业，2006年-2008年在澳大利亚蒙纳什大学进行博士后研究，现任华中科技大学武汉光电国家研究中心教授。长期从事可印刷介观太阳能电池与光电器件基础与与应用研究，取得了多项创新成果。在Science、Joule、Adv Mater.、J Am Chem Soc.等期刊上发表学术论文100余篇。入选2016年度长江学者特聘教授。主持国家自然科学基金委重大研究计划集成项目、重点项目、863课题等科研项目。

胡玥  2012年本科毕业于华东理工大学应用化学系，2016年博士毕业于爱丁堡大学，现任华中科技大学武汉光电国家研究中心副教授，研究兴趣在新型光电材料与器件。主持国家自然科学基金项目多项，迄今在Science、Joule、Adv Mater.等杂志上发表论文60余篇。

肖绪锋   在湖北大学获得学士学位，目前在华中科技大学武汉光电国家研究中心韩宏伟教授课题组攻读博士学位，研究兴趣集中在钙钛矿电学特性的调节和钙钛矿太阳能电池界面工程。

期刊主页(点击下方 阅读全文)：

www.keaipublishing.com/fmre

文章阅读：

www.sciencedirect.com/journal/Fundamental-Research

投稿系统：

www.editorialmanager.com/fmre

喜欢本篇内容请给我们点个 在看