近日，國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Adv. Energy Mater.》（IF=29.368）以“Stoichiometric Dissolution of Defective CsPbI2Br Surfaces for Inorganic Solar Cells with 17.5% Efficiency”為題，在線報(bào)道了我校材料學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)在無(wú)機(jī)鈣鈦礦光伏領(lǐng)域的最新研究成果。
光伏電池可將清潔的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，對(duì)助力“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池具有優(yōu)異的本征穩(wěn)定性、能帶可調(diào)、溶液加工等優(yōu)點(diǎn)，其制造成本僅為硅電池的1/3左右，近年來(lái)成為光伏領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。然而，該鈣鈦礦電池光吸收層近表面埋覆的大量缺陷易引起非輻射電荷復(fù)合，使該類光伏電池效率普遍較低，嚴(yán)重限制了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
針對(duì)這一關(guān)鍵問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)利用密度泛函理論深入探究寬帶隙鹵化物組分與各個(gè)官能團(tuán)的配位及反應(yīng)機(jī)制，進(jìn)而利用[BMIM]PF6離子液體創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了銫鉛鹵鈣鈦礦表面缺陷結(jié)構(gòu)的等化學(xué)計(jì)量比刻蝕，創(chuàng)制出表面包埋缺陷結(jié)構(gòu)與不飽和表面位點(diǎn)協(xié)同鈍化的鈣鈦礦薄膜。該薄膜表層附近結(jié)構(gòu)不但具有良好的取向與晶格連續(xù)性，而且表面吸附的離子液體能夠與鉛、鹵素等缺陷位點(diǎn)鍵合，從而有效改善鈣鈦礦吸光材料的缺陷態(tài)密度和載流子傳輸效率。表面處理后，寬帶隙（1.88 eV）銫鉛鹵鈣鈦礦電池的非輻射復(fù)合電壓損失由0.33 V降低至0.19 V，器件的光電轉(zhuǎn)換效率由14.31%提升至17.51%，達(dá)到了同類鈣鈦礦電池的最優(yōu)水平。上述研究有望應(yīng)用到其他類型鈣鈦礦材料中，為光伏電池性能及壽命提升提供了新的研究思路。
我校為該論文的唯一通訊單位，第一作者為材料學(xué)院研究生劉心翊，通訊作者為侯宇教授和楊雙教授，并得到楊化桂教授的悉心指導(dǎo)，以及國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”青年拔尖人才項(xiàng)目、國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目等資金支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202103933