近期，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院和環(huán)境友好功能材料教育部工程研究中心吳季懷教授團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。不到兩個(gè)月內(nèi)，分別在材料與化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際著名期刊ACS Energy Letters、Small Methods和Small發(fā)表系列高水平研究論文三篇。
2019級(jí)博士研究生李國(guó)棟以第一作者的身份在A(yíng)CS Energy Letters期刊上發(fā)表題為“Efficient and Stable 2D@3D/2D Perovskite Solar Cells Based on Dual Optimization of Grain Boundary and Interface”的研究論文。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其優(yōu)異的光電性質(zhì)，備受廣大研究人員的關(guān)注，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到25.5%，可以與商業(yè)化硅基太陽(yáng)能電池媲美，但其實(shí)際應(yīng)用受到穩(wěn)定性的極大限制。三維/二維（3D/2D）混合鈣鈦礦結(jié)合了3D鈣鈦礦的高效率和2D鈣鈦礦的高穩(wěn)定性，具有遠(yuǎn)大前景。在這一研究中，研究人員設(shè)計(jì)了含有孤電子對(duì)的N原子的2-(2-吡啶基)乙胺（2-PyEA）分子作為添加劑引入鈣鈦礦中，2-PyEA促進(jìn)了2D@3D鈣鈦礦的生成；在此基礎(chǔ)上，2-PyEA作為界面修飾劑，促進(jìn)了2D@3D/2D鈣鈦礦的形成。結(jié)果表明，2-PyEA在2D@3D/2D鈣鈦礦中對(duì)晶界和界面進(jìn)行了雙重優(yōu)化。驗(yàn)證了缺陷密度降低、殘余應(yīng)力釋放、電荷轉(zhuǎn)移改善、載流子壽命延長(zhǎng)，雙重優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了23.2%的最大光電轉(zhuǎn)換效率，具有可忽略的遲滯和令人滿(mǎn)意的穩(wěn)定性。該研究證明了2-PyEA在形成高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件方面的奇妙作用。
2020級(jí)博士研究生鄧春炎以第一作者的身份在SmallMethods期刊上發(fā)表題為“Surface Reconstruction and In Situ Formation of 2D Layer for Efficient and Stable 2D/3D Perovskite Solar Cells”的研究論文。二維/三維（2D/3D）鈣鈦礦復(fù)合結(jié)構(gòu)兼具2D鈣鈦礦優(yōu)異的穩(wěn)定性和3D鈣鈦礦的高轉(zhuǎn)化效率，受到研究者們的廣泛關(guān)注。研究人員引入了一種與流行的異丙醇不同的界面修飾溶劑——聚醚胺（A-PPG）用于溶解鈣鈦礦表面過(guò)量的PbI2和表面部分鈣鈦礦，在3D鈣鈦礦表面重構(gòu)并原位形成準(zhǔn)2D鈣鈦礦覆蓋層。此外，A-PPG分子中醚-氧和氨基的孤電子對(duì)可以與Pb2+形成配位鍵，有效鈍化鈣鈦礦表面缺陷；A-PPG亦可調(diào)整鈣鈦礦層的能量排列，減少載流子非輻射復(fù)合。該研究結(jié)果表明，2D/3D鈣鈦礦器件實(shí)現(xiàn)了22.24%光電轉(zhuǎn)化效率和1.21 V出色的開(kāi)路電壓（熱力學(xué)極限為1.30 V），同時(shí)有效抑制鈣鈦礦薄膜的降解以形成穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
2018級(jí)博士研究生劉旭萍以第一作者的身份在Small期刊上發(fā)表題為“Phthalideand 1-Iodooctadecane Synergistic Optimization for Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”的研究論文。鈣鈦礦由于固有缺陷引起的載流子非輻射復(fù)合和器件的不穩(wěn)定性是限制鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）發(fā)展的主要因素。在PSC器件的制備過(guò)程中，鈣鈦礦薄膜經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生Pb0和I0缺陷。該論文報(bào)告了一種通過(guò)缺陷鈍化和表面改性協(xié)同優(yōu)化鈣鈦礦薄膜的策略：在富鉛鈣鈦礦薄膜中摻雜苯酞（PT），有效鈍化了鈣鈦礦薄膜中的鉛陽(yáng)離子缺陷，1-碘十八烷（1-IO）對(duì)薄膜表面進(jìn)行改性，有效減少了鹵素陰離子缺陷并由于其疏水性提高了PSC的穩(wěn)定性。PT和1-IO協(xié)同優(yōu)化的器件實(shí)現(xiàn)了22.27%的光電轉(zhuǎn)化效率和優(yōu)異的穩(wěn)定性，放置在空氣環(huán)境（~10 RH%，25℃）中超過(guò)70天后，優(yōu)化的PSC仍保持初始效率的93.2%。該研究為提高PSC的性能和穩(wěn)定性提供了一種新的策略。
以上研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金-海峽聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目（U1705256）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51972123、21771066）以及華僑大學(xué)研究生創(chuàng)新基金的大力支持。
（編輯：吳江輝）
