材料學院魏展畫教授課題組研究論文在國際權威刊物《美國化學會志》發表

作者:雷水清      單位:材料科學與工程學院 ? 發布時間:2019-11-28

    近日,我校材料科學與工程學院魏展畫教授課題組在鈣鈦礦電池的研究中取得重要進展,相關成果在線發表于國際著名期刊Journal of the American Chemical Society(DOI:10.1021/jacs.9b11546)該期刊的影響因子為14.695,是化學和材料領域著名的三大刊物(JACS、Angew、AM)之一。論文的第一作者為謝立強老師,通訊作者是魏展畫教授,華僑大學是該論文的唯一通訊單位。 

    據了解,基于碘鉛甲脒(FAPbI3)的鈣鈦礦具有合適的禁帶寬度、較寬的光譜響應范圍和優異的熱穩定性,有望用于制備高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池。然而,FAPbI3往往需要較高含量的溴摻雜(通常高于17%)或陽離子摻雜來穩定其光活性的鈣鈦礦相(α相,黑色),并抑制其向非鈣鈦礦相(δ相,黃色)轉變。這種摻雜雖然提高了鈣鈦礦的相穩定性,但又會反過來降低其光譜響應范圍,犧牲電流輸出。   

圖 (a) CsPbBr3-FA鈣鈦礦膜的生長過程示意圖, (b)鈣鈦礦電池的J-V曲線和性能參數,(c)鈣鈦礦電池的工況穩定性。 

    本次研究成果報道了一種基于CsPbBr3簇誘導的、自下而上的鈣鈦礦結晶方式,能夠制備出具有純α相、高質量、低缺陷濃度、無甲胺陽離子的鈣鈦礦膜。研究者發現預合成的CsPbBr3粉末能在鈣鈦礦前驅液中形成納米尺度的團簇,這些團簇在鈣鈦礦中間體的形成過程中能作為晶種輔助鈣鈦礦膜的生長,并在后續的退火處理中被除去(圖a)。采用這種制備方法,僅需使用1%-6%的CsPbBr3就能實現高質量、無甲胺陽離子鈣鈦礦的制備,從而使得這種鈣鈦礦太陽能電池的短路電流密度達到24.52 mA/cm2,光電轉換效率達到21.78%(圖b)。更重要的是,優化后的鈣鈦礦電池能在工作狀況下(100 mW/cm2光照、最大功率點跟蹤)測試1000小時后,保持82%的初始效率(圖c)。本研究提出了一種新的通過調控鈣鈦礦前驅液化學組成來制備高效率、高穩定性鈣鈦礦電池的方法,后續有望通過優化鈣鈦礦/電荷傳輸層界面,進一步提高鈣鈦礦電池的效率和穩定性。 

    魏展畫教授課題組的研究生林克斌、盧建勛、馮文靜、宋沛泉、嚴傳鐘、劉凱凱、沈莉娜以及田成波老師等參與了本研究工作。該研究項目還得到了國家自然科學基金、福建省自然科學基金、華僑大學科研基金和華僑大學中青年教師創新能力提升計劃等的支持。 

    論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11546


(編輯:吳江輝)

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