近日，物理學院有機鈣鈦礦光伏技術團隊在寬帶隙鈣鈦礦光伏研究方面取得新進展，相關工作“Strain Regulation of Mixed-Halide Perovskites Enables High-Performance Wide-Bandgap Photovoltaics”以河北大學為第一單位發(fā)表在國際著名期刊《Advanced Materials》上（Doi：10.1002/adma.202401103）。我校碩士研究生李昕昊、李怡凡為論文共同第一作者，何庭偉博士和楊少鵬教授為共同通訊作者。

寬帶隙混合鹵素鈣鈦礦材料廣泛應用于串聯(lián)太陽能電池的頂層電池。然而，嚴重的開路電壓(V_oc) 損失限制了寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率。MACl輔助結晶策略通常用于制備高性能的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池。然而，MA陽離子會參與鈣鈦礦晶體重構，并在后續(xù)的MACl揮發(fā)過程產生MA空位缺陷，引起嚴重的晶格畸變和鹵素離子遷移。因此，基于MACl輔助結晶的優(yōu)勢，消除MA空位缺陷以緩解鈣鈦礦晶格應變，是寬帶隙鈣鈦礦體系迫切需要解決的難題之一。該工作將Rb離子引入到MACl輔助結晶的寬帶隙鈣鈦礦體系中。Rb離子在退火階段可以填補MA揮發(fā)引起的陽離子空位，減輕鈣鈦礦晶體的收縮應變，增加鹵離子的遷移勢壘，有利于混合鹵素鈣鈦礦相的均勻結晶。制備的均一鹵素相鈣鈦礦薄膜展示了改善的載流子輸運和抑制的非輻射復合。Rb處理的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池獲得了顯著降低的V_oc，最終實現了21.72%的光電轉換效率。該工作為解決MACl揮發(fā)誘導的鈣鈦礦晶格應變問題提出了新策略，為進一步制備更高性能的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池提供了新思路。

在近期的另一項工作中,何庭偉博士等人通過將一種功能化的有機陽離子對（4-芘氧基丁胺，PYBA）引入到甲脒鈣鈦礦的晶界處，進而調控FAPbI₃鈣鈦礦的晶格應變。此種情況下，PYBA陽離子頭部的四個苯環(huán)可以形成強的π-π相互作用，為引入外部壓縮應力提供堅實支點，同時尾部的氨基通過氫鍵與鈣鈦礦的[PbI₆]^4-八面體相連，以平衡FAPbI₃晶體固有的張應力。實驗結果表明，PYBA陽離子作為FAPbI₃鈣鈦礦的晶體模板，誘導α-FAPbI₃相的擇優(yōu)取向生長，同時提供的外部壓縮應變，補償了FAPbI₃晶體的固有拉伸應力，成功實現了帶隙紅移且純α-FAPbI₃相的甲脒鈣鈦礦薄膜。受益于改善的光學和電學性能，PYBA處理的甲脒鈣鈦礦太陽能電池實現了24.76%的光電轉換效率和改善的器件運行穩(wěn)定性（Advanced Materials, 2023, 35, 2304149）。

以上工作得到了河北大學高層次引進人才項目、光伏技術省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心、物理學院公共測試平臺的資助和支持。

文章鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202401103

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304149

（物理學院、科學與技術創(chuàng)新研究院  供稿）