近日，上�？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院陳剛團(tuán)隊(duì)在甲脒基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得了系列進(jìn)展。通過(guò)對(duì)薄膜生長(zhǎng)條件的精準(zhǔn)優(yōu)化，制備出了高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件。相關(guān)成果分別發(fā)表于國(guó)際知名期刊Advanced Materials和Small。

甲脒基 Dion-Jacobson相鈣鈦礦材料因兼顧光電性能與環(huán)境穩(wěn)定性，受到諸多關(guān)注。然而，受到薄膜內(nèi)部本征缺陷的限制，基于此類材料的太陽(yáng)能電池通常表現(xiàn)出較差的器件性能。剛性二胺有機(jī)層間隔陽(yáng)離子對(duì)晶格失配容忍度低，這會(huì)導(dǎo)致缺陷和晶格畸變的產(chǎn)生，并最終影響器件光電性能。陳剛團(tuán)隊(duì)在甲脒基低維鈣鈦礦材料內(nèi)部引入了單胺間隔層陽(yáng)離子，顯著提高了薄膜品質(zhì)（圖一）。靈活的單價(jià)間隔陽(yáng)離子有效地減輕了晶格畸變并減少了晶體缺陷，為鈣鈦礦薄膜提供了理想的微觀形貌、優(yōu)異的晶體取向、較少的缺陷態(tài)以及更高的電荷傳輸能力�；�于優(yōu)化后薄膜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 16.0%，為同類器件的最高值。此外，該類器件還表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在85°C下老化800小時(shí)后仍保持其初始效率的90%。該成果以“Tailoring Interlayer Spacers for Efficient and Stable Formamidinium-Based Low-Dimensional Perovskite Solar Cells”為題，發(fā)表于國(guó)際知名期刊Advanced Materials。

圖一、調(diào)控有機(jī)層間隔陽(yáng)離子制備高品質(zhì)甲脒基低維鈣鈦礦薄膜。

在另外一項(xiàng)近研究中，陳剛團(tuán)隊(duì)揭示了在潮濕條件下退火對(duì)甲脒基鈣鈦礦薄膜品質(zhì)的提升作用，并應(yīng)用先進(jìn)同步輻射技術(shù)研究了其內(nèi)在機(jī)制。甲脒基鈣鈦礦材料具有制備高效商業(yè)太陽(yáng)能電池的巨大潛力，然而此類薄膜需要在嚴(yán)苛的環(huán)境下加工，阻礙了其商業(yè)化進(jìn)程。陳剛團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究了在環(huán)境條件下退火制備甲脒基鈣鈦礦薄膜的過(guò)程。在低濕度條件下制備的薄膜比在無(wú)濕條件下制備的薄膜具有更少的針孔和缺陷，并表現(xiàn)出更好的器件性能。一系列原位和準(zhǔn)原位研究揭示了低濕度條件下退火過(guò)程中，水分子和鈣鈦礦之間的相互作用引發(fā)的鈣鈦礦薄膜缺陷不斷地愈合（圖二）的現(xiàn)象。該研究將進(jìn)一步推進(jìn)甲脒基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的環(huán)境制備和相關(guān)器件的實(shí)用化發(fā)展。該成果以“Humidity-Induced Defect-Healing of Formamidinium-Based Perovskite Films”為題，發(fā)表于國(guó)際知名期刊Small。

圖二、濕度誘導(dǎo)甲脒基鈣鈦礦薄膜鈍化修復(fù)。

兩篇文章的第一作者分別為物質(zhì)學(xué)院2018級(jí)研究生程蕾和副研究員孟軻，陳剛教授為通訊作者，上�？萍即髮W(xué)為第一完成單位。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，上海市科委，上科大啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)及上海光源的大力支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202106380

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202104165