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          陳沖教授課題組在國際能源領域頂級期刊Nano Energy發表鈣鈦礦太陽能電池重要研究成果

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          電池結構和OA-PbSO4(PbO)4量子點對電池中電荷轉移機制的示意圖

          電池的光電轉換效率和穩定性測試結果

          近日,我校光伏材料省重點實驗室校特聘教授陳沖課題組在鈣鈦礦太陽能電池研究領域取得重要進展,研究成果以 “Efficient and stable perovskite solar cells thanks to dual functions of oleyl amine-coated PbSO4(PbO)4 quantum dots: defect passivation and moisture/oxygen blocking ”為題,發表在國際能源領域頂級期刊《Nano Energy》(影響因子15.54)。

          有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池具有光電轉化效率高、制備工藝簡單等優點和潛在的工業化應用前景,得到瞭人們廣泛的關註。然而,有機-無機雜化鈣鈦礦晶體表面或內部存在大量缺陷態,這使得電池性能不夠穩定。如何同時提高電池的光電轉換效率和穩定性是目前研究者面臨的重要難題。

          針對上述問題,陳沖教授課題組采用首次合成的油胺分子包覆的四堿式硫酸鉛量子點(OA-PbSO4(PbO)4),對CH3NH3PbI3鈣鈦礦晶體薄膜進行鈍化處理,系統研究瞭OA-PbSO4(PbO)4 量子點對鈣鈦礦晶體薄膜中的缺陷態、電池中界面電荷轉移機理以及電池性能的影響。研究發現:一方面,引入的PbSO4(PbO)4量子點能有效鈍化鈣鈦礦晶體表面配位不飽和的Pb陽離子和I陰離子,同時油胺分子能與CH3NH3PbI3中的CH3NH3+有機陽離子形成很強的氫鍵,起到瞭減少鈣鈦礦晶體缺陷態和增強晶體化學穩定性的作用;另一方面,OA-PbSO4(PbO)4量子點改變瞭CH3NH3PbI3/TiO2和CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD界面處的能級匹配,這有效地促進瞭電池中界面電荷的抽取、抑制瞭電池內部的電荷復合,從而提高瞭電池的效率。此外,OA-PbSO4(PbO)4量子點具有良好的疏水性,這有效地減緩瞭大氣環境中的水和氧向鈣鈦礦活性層的滲透,增強瞭電池的穩定性。由於以上積極因素,電池的光電轉換效率從16.8%增加到瞭20%以上,並且器件穩定性得到瞭顯著提升。未封裝的電池在大氣環境下經過280小時後,光電轉換效率依然維持在初始效率的90%,該研究成果為實現鈣鈦礦太陽能電池的高效率和高穩定性提供瞭新的材料和研究思路。

          河南大學為論文的第一完成單位,陳沖、李福民為共同第一作者,陳沖教授為第一通訊作者,四川大學黃青松教授與中國科學院合肥物質科學研究院王命泰研究員為共同通訊作者。研究工作受到國傢自然科學基金項目、河南省高校科技創新人才、河南大學青年人才種子基金等項目的資助。

          陳沖教授課題組在實驗室主任張偉風教授和實驗室同事的大力支持下,一直致力於鈣鈦礦太陽能電池、量子點太陽能電池和聚合物太陽能電池等方向的研究。課題組成員已在《Nano Energy》、《Nature Communication》、《Journal of Materials Chemistry A》、《ACS applied materials & interfaces》、《Journal of Power Sources》、《Journal of Materials Chemistry C》、《Solar Energy Materials and Solar Cells》等國際知名SCI期刊上發表論文40餘篇,獲得授權發明專利8項,主持國傢、省級和校級項目10餘項,在太陽能電池相關領域取得瞭系列研究成果。同時課題組與國內外知名研究機構和高校,如中科院合肥研究院、中科院寧波材料技術與工程研究所、中科院化學所、韓國高等科學技術研究所(KAIST)、四川大學、美國匹茲堡大學、臺灣國立交通大學等,開展瞭廣泛的交流與合作。

          論文連接: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104313