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宋延林課題組制備高效高穩定的二維鈣鈦礦光伏器件
2020-04-09 | 編輯:lry | 【 】【打印】【關閉

  作為新一代薄膜太陽能電池的代表性材料,鈣鈦礦的毒性及對水氧的敏感性嚴重阻礙了其的商業化進程。近年來,二維(2DSn基無鉛鈣鈦礦因其出色的穩定性和低毒性,成為3D鈣鈦礦的替代材料。但由于二維材料結構的特殊性,電子或空穴受量子尺寸效應限制,其壽命和遷移率遠低于3D結構,因而其器件光電轉化效率明顯低于3D鈣鈦礦。這種穩定性與高效率之間的矛盾成為實際應用的一個難題。  

  最近,在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下,中科院化學所綠色印刷重點實驗室科研人員與鄭州大學合作,成功地將疏水性有機分子1,4-丁二胺引入到Sn基無鉛鈣鈦礦中,合成了一系列具有Dion-Jacobson相的準二維鈣鈦礦。如圖1所示,具有典型準二維結構的(BEA)FA2Sn3I10鈣鈦礦結構對稱性較好,光吸收窗口與三維相比并沒有明顯減少,并具有合適的禁帶寬度。第一性原理計算表明,(BEA)FA2Sn3I10具有大的形成能(106 j/mol),結構穩定。另外,(BEA)FA2Sn3I10薄膜致密性良好,載流子限域作用并不明顯,結合一維擴散方程,計算出的電子擴散長度為450 nm,空穴擴散長度為360 nm,載流子遷移率為14.4 cm2 V-1 S-1。利用該(BEA)FA2Sn3I10薄膜制備出的太陽能電池,光電轉換效率高達6.34%,是目前報道的Dion-Jacobson相的準二維鈣鈦礦太陽能電池的最高值。更為重要的是,在自然條件下,未封裝的器件經過1000小時的老化,效率僅僅衰減8%。另外,在光照穩定性測試中發現,經過200小時,器件效率仍有90%以上。通過這種新型低維無鉛鈣鈦礦結構設計,同時實現了高效率和穩定性的鈣鈦礦太陽能電池,對推動鈣鈦礦太陽能電池的實際應用具有重要意義。該研究成果近日發表于Angewandte Chemie International Edition上(https://doi.org/10.1002/anie.202000460,通訊作者是宋延林研究員和鄭州大學張懿強博士,第一作者是博士生李鵬偉。 

   

  1   單晶(BEA)FA2Sn3I10的合成,晶體結構及第一性原理計算 

    

    

  綠色印刷院重點實驗室 

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