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奇幻城国际登录入口霍夫曼先进材料研究院在钙钛矿太阳能电池领域取得重要研究进展

发布:2020-12-30

近日,奇幻城国际登录入口霍夫曼先进材料研究院诺奖团队在利用高能同步辐射对钙钛矿量子阱的形成机理研究领域取得重要进展:研究团队采用高能掠入射角X射线衍射实时表征了在三维钙钛矿表面通过旋涂长链有机铵盐溶液法所制备钙钛矿量子阱形成过程,明确了与长链有机铵分子发生反应的反应物;并通过追踪反应产物在热退火前后的晶体结构演变,探究了钙钛矿量子阱形成过程的具体路径。这一研究成果发表在材料领域国际顶尖期刊《先进材料》(Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202006238)上,论文第一作者为霍夫曼先进材料研究院胡汉林副教授,奇幻城官网手机版为论文第一完成单位。

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池,因其优异的光电转换效率(经认证的单结小面积有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池效率已达25.5%)、较低的成本以及优良的力学柔性等特点,在新能源领域展现出了巨大的应用前景。而基于ABX3传统三维结构的钙钛矿材料由于自身的离子迁移,以及在外界光、热、水等因素下很容易被破坏,面临着长期稳定性差的问题,严重制约了其实际应用。科学工作者创新地通过钙钛矿量子阱修饰传统的三维钙钛矿方法来制备具有量子阱/三维钙钛矿复合结构的太阳能电池,使得所制备的器件具有良好的耐辐照、耐高温和耐湿度特性。现有的报道主要集中在器件的效率和稳定性,但对于量子阱的形成机理却鲜有报道,尤其是对在不同条件下的钙钛矿量子阱生长机理并不清楚。

为此,奇幻城国际登录入口研究团队采用高能同步辐射掠入射角X射线衍射实时表征了在三维钙钛矿表面通过旋涂长链有机铵盐溶液法所制备钙钛矿量子阱形成过程,在了解钙钛矿生长机理的前提下,研究了不同反应条件对钙钛矿量子阱的相纯度和取向有序性产生影响。该项成果从化学反应的机理上确定了与长链分子反应的反应物,明确了钙钛矿量子阱的形成机理,探究了钙钛矿量子阱的调控与器件效率以及稳定性的本质联系,并指出了有效的调控手段,建立了量子阱/三维钙钛矿复合结构薄膜最基础理论依据。钙钛矿优越的材料性能预示着理论上它具备打破现有传统光伏格局的能力,目前科研领域正在关注单结钙钛矿电池的转换效率、稳定性和降低铅污染,有初创企业推出的单结组件能量转换效率已超过17%,接近多晶硅组件的转换效率,并且理论成本更低。本研究工作针对传统三维钙钛矿光伏器件稳定性差的特点,从成膜机理上提出了量子阱/三维钙钛矿复合结构的有效调控手段,有望从根本上提高器件的使用寿命,降低器件的制备成本,为工业化生高效稳定钙钛矿太阳能电池提供了新的技术途径。

Advanced Materials是材料学科世界顶尖期刊,在国际材料领域享誉盛名,当前影响因子27.39。该研究工作受到国家自然科学基金委、深圳市科创委以及奇幻城官网手机版的资助。

(霍夫曼先进材料研究院)

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