山西大學分子科學研究所在鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得重要進展

2020-09-03 索比光伏網

近日，山西大學分子科學研究所韓高義教授課題組在鈣鈦礦太陽能電池(PSC)研究方面取得重要進展，相關成果以山西大學為第一單位在國際權威期刊《德國應用化學》( Angew. Chem. Int. Ed.) 在線發表，標題為： Efficient and stable perovskite solar cell with suppressed defects by employing lead indicator—dithizone 。

在製備鈣鈦礦太陽能電池(PSC)時，快速的結晶過程和複雜的結晶條件會導致生成的鈣鈦礦薄膜中存在大量缺陷，從而影響PSC的光電轉換效率和穩定性。因此製備缺陷較少或無缺陷的鈣鈦礦薄膜，對於提高PSC的綜合性能具有重要意義。利用添加劑中硫(S)、氧(O)或氮(N)等雜原子與Pb配位產生的中間絡合物，調控鈣鈦礦的結晶動力學或者鈍化缺陷而改善鈣鈦礦薄膜的結晶質量，進而減少光生載流子的複合，提高PSC的綜合性能是常用的策略之一，但添加劑與鉛離子的詳細作用模式仍有待闡明。

雙硫腙(dithizone, DTZ)是一種典型的鉛指示劑，其可與Pb配位並伴隨著由綠到紅的顏色變化。本工作利用雙硫腙作為鈣鈦礦光活性層的添加劑，製備出缺陷減少的鈣鈦礦薄膜並用於高性能的鈣鈦礦太陽能電池;採用理論模擬和實驗相結合的方法確定了製備過程中雙硫腙與鉛的配位模式，揭示了雙硫腙添加劑減少鈣鈦礦薄膜缺陷的機制;系統地研究了雙硫腙添加劑對載流子複合動力學、器件效率和穩定性的影響。研究結果表明雙硫腙中的氮原子與鉛原子的配位延緩了鈣鈦礦的結晶速率，改善了薄膜的結晶質量進而減少了缺陷，這是器件具有優良的光電轉換效率(20.36%)和穩定性的根本原因。本研究拓寬了鈣鈦礦太陽能電池添加劑的選擇範圍。研究成果受到審稿專家和編輯的高度評價(According to the evaluation of referees the results reported in your communication are 「highly important」 or even 「very important」. Less than 10% of our manuscripts receive such a positive review.)。

該校青年教師侯文靜為第一作者，本工作得到了北京理工大學陳棋教授和泉州師範學院肖堯明教授的幫助，以及學校大型儀器中心在測試方面給予的支持。該研究工作得到國家自然科學基金、山西大學量子光學與光量子器件國家重點實驗室開放基金、山西省高等學校科技創新項目和山西省應用基礎研究計劃面上青年基金項目、山西省1331工程重點創新研究團隊、山西省百人計劃和泉州「桐江學者獎勵計劃」的支持。

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