近日,我所太陽能研究部薄膜太陽能電池研究組(DNL1606)劉生忠研究員團隊與陜西師范大學趙奎教授合作,在二維Dion-Jacobson(DJ)鈣鈦礦成膜控制研究中取得新進展,制備了高效率芳香族二維DJ鈣鈦礦太陽電池。
近年來,二維有機-無機雜化鈣鈦礦半導體材料憑借其高的環(huán)境穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)多樣性,受到了研究者們的廣泛關(guān)注。本工作中,合作團隊利用原位表征手段,實時追蹤二維DJ鈣鈦礦前驅(qū)體溶液反應形成固態(tài)薄膜的結(jié)晶過程,以及其對量子阱生長,電荷傳輸、太陽電池性能的影響。
研究發(fā)現(xiàn),在溶液處理過程中,快速提取溶劑可以加快鈣鈦礦相的成核和生長,避免從中間相到鈣鈦礦相的間接轉(zhuǎn)變。因此,通過提升薄膜質(zhì)量、優(yōu)化量子阱的厚度分布,有利于提高二維鈣鈦礦太陽電池的電荷傳輸效率、載流子壽命和遷移率,最終改善電池的短路電流和開路電壓,制備出效率為15.81%的器件,這是目前文獻可查的芳香族二維DJ鈣鈦礦太陽電池的最高效率。該研究對指導DJ鈣鈦礦實現(xiàn)更加優(yōu)化的光電性能和器件性能具有重要意義。
該工作以題為“Film Formation Control for High Performance Dion–Jacobson 2D Perovskite Solar Cells”發(fā)表在Advanced Energy Materials上。該工作的第一作者是我所2017級DNL1606博士研究生張旭。上述研究得到我所創(chuàng)新基金、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中央高校基金、教育部“111引智計劃”等項目的資助。(文/圖 張旭、段連杰)