電子信息與人工智能學院青年教師黃晉在《Advanced Functional Materials》發表鈣鈦礦太陽能電池研究進展論文

近期，電子信息與人工智能學院青年教師黃晉副教授等報道了一種新型類二維鈣鈦礦材料二氨基苯二氫碘化物-MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x，實現了基于MAPbI₃為主結構的有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率（PCE）22.34%的新紀錄，光照穩定性和環境穩定性提高了20%-30%，相關研究成果發表在國際頂級期刊Advanced Functional Materials。

有機-無機鹵化物鈣鈦礦器件因優異的光伏性能和較低的制備成本，成為最具發展潛力的第三代太陽能電池，但對于鈣鈦礦電池大規模的生產使用，還存在著穩定性和光電轉化效率未完全開發等問題。本工作依據芳香族雙陽離子間隔物有利于改善電荷轉移的思路，通過引入二氨基苯二氫碘化物（DD）和甲脒（FA⁺）兩種不同離子來形成不對稱的鈣鈦礦結構，制備了DD-MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x二維材料作為光吸收層，DD的兩個氨基可以部分取代MA⁺和FA⁺，與鹵化鉛有效相互作用并連接MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x，從而改善電荷傳輸通道，如圖1（a）所示。圖1（b）展示了不同比例DD的優化后，最佳光電轉換效率達到了22.34%，也是目前已MAPbI₃為主結構的鈣鈦礦太陽能電池的最高光電轉換效率。

(a)

(b)

圖1.MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x-C₆H₁₀I₂N₂的結構示意圖（a），不同DD比例與0.4mol%比例下MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x的J-V曲線（b）

圖2.優化的DD（0.4mol%）的PSC和參考PSC用于環境，照明和熱穩定性關系曲線。

圖2為DD（0.4mol%）優化的器件分別在大氣中關照和加熱條件下PCE在一段持續時間內的衰減情況，從圖中可以看出優化的器件比參考的標準器件展現出更好的穩定性，測試分析認為穩定性的增強歸因于鈣鈦礦膜中較低的陷阱密度，較高的結晶度和穩定的不對稱結構。綜上所述，二氨基苯二氫碘化物-MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_x二維不對稱鈣鈦礦成功應用于鈣鈦礦太陽能電池中的吸收層，不僅增強了電荷分離和傳輸，而且還提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，此次研究的結果為鈣鈦礦太陽能電池的快速產業化起到一定的推動作用。

相關成果以“DD-MA_0.6FA_0.4PbI_3-xCl_xUnsymmetrical Perovskites with over 22% Efficiency for High Stability Solar Cells”為題發表在（Adv. Funct. Mater. 2022, 2110788.）上。陜西科技大學電子信息與人工智能學院青年教師黃晉副教授為論文第一作者，陜西科技大學黃晉和西安交通大學張丹為共同通訊作者。感謝國家自然科學基金項目和陜西科技大學科研啟動項目的大力支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202110788.

(核稿：孫連山 編輯：王舒婷)