【優博微展2019】李江偉:新型全無機滷素鈣鈦礦的材料製備與光電...

2020-12-01 騰訊網

李江偉：清華大學2019年度優秀博士學位論文獲獎者

新型全無機滷素鈣鈦礦的材料製備與光電性質研究

Synthesis and Optoelectronic Properties of Novel All-Inorganic Halide Perovskites

作 者：李江偉

指導教師：王立鐸

培養院系：化學系

學 科：化學

讀博感言：培養學術品味，遵從內心選擇

研究背景/選題意義/研究價值

能源問題是社會發展的重要問題。太陽能電池能夠將清潔可再生的太陽能轉化為電能，為人類社會日益增長的能源需求提供解決方案。

近年來，有機無機雜化滷素鈣鈦礦因其在光伏領域的突出發展受到人們廣泛關注，但該類材料自身的不穩定性，尤其是高溫條件下受有機組分限制的熱不穩定，極大地制約了鈣鈦礦太陽能電池的產業化發展與應用，因此全無機滷素鈣鈦礦鈣鈦礦材料體系具有重要的研究意義。

主要研究內容

本論文從有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的高溫衰降機制研究出發，深入理解本徵熱穩定的全無機滷素鈣鈦礦是調控器件熱穩定性的核心環節。在已知的全無機滷素鈣鈦礦材料中，針對關鍵材料CsPbI3的相穩定性問題，發展了熱力學控制的無機框架缺陷誘導生長方法。在開發新材料方面，藉助維度調控的思想，理性探索合成新型二維滷素鈣鈦礦Cs2PbI2Cl2，並系統研究其光電響應性質。

Cs4PbI6無機結構模板中缺陷誘導γ-CsPbI3的室溫自發生成，並提高其鈣鈦礦結構的相變勢壘

新型二維全無機滷素鈣鈦礦Cs2PbI2Cl2晶體結構及照片

主要創新點

1. 倒置結構電池器件熱穩定性研究結果發現高溫下MA+和I-離子跨傳輸層擴散並在Ag電極界面反應生成AgI，導致鈣鈦礦層分解和電荷傳輸能力下降，引發器件效率衰減。

2. 利用無機Cs4PbI6結構模板實現了鈣鈦礦相γ-CsPbI3在室溫條件的自發生成，提出了缺陷誘導生長機制，製備出相態穩定且水氧/光照/高溫穩定性優異的CsPbI3鈣鈦礦複合結構。

3. 採用固相合成法探索Cs2PbX4體系，製備出熱力學穩定的二維全無機滷素鈣鈦礦Cs2PbI2Cl2，其單晶器件具有面內紫外光響應和α粒子輻射探測響應性，材料具有本徵熱穩定性。

代表性創新成果

1. Journal of the American Chemical Society, 2018, 140, 11085.

2. Chemistry of Materials, 2018, 30, 4847.

3. Advanced Energy Materials, 2017, 7, 1602922.

作者：李江偉

供圖：李江偉

編輯：清華大學研究生院 吳佳瑛 李文

轉載須經作者同意授權

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