物质学院宁志军组研发出高稳定性锡钙钛矿太阳能电池
文章来源:物质科学与技术学院/科技发展处
发布日期:2017-05-16
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我校物质学院宁志军助理教授所带领的研究团队日前在非铅钙钛矿太阳能电池的研究方面取得了重要进展,成功研发出一种低维度高取向性的锡基钙钛矿材料,显著提高了锡基钙钛矿太阳能电池的稳定性。该项成果以“Highly-oriented low-dimensional tin halide perovskites with enhanced stability and photovoltaic performance”为题在知名学术期刊《Journal of the American Chemical Society》上在线发表。


近年来,钙钛矿电池因转换效率高、成本低、制作简单等优点,被公认为最有潜力的新一代太阳能电池。然而,铅的毒性问题却始终阻碍着含铅钙钛矿电池的推广使用。因此,无铅钙钛矿太阳能电池的研究近年来备受瞩目,其中又以锡基钙钛矿电池的发展最为迅速。然而,锡钙钛矿太阳能电池的发展一直受到锡钙钛矿稳定性问题的限制,如何提高材料的稳定性是其进一步发展的关键,也是相关技术研发工作的难点所在。


宁志军课题组在研究中通过掺入苯乙胺分子,制备了低维锡基钙钛矿薄膜。理论计算证明,这种低维结构的钙钛矿材料具有较高的热稳定性,同时有机大分子层可以保护其内部的锡钙钛矿,有效避免其与氧气接触,从而大幅提高了材料的稳定性。此外,通过对钙钛矿薄膜生长条件的精细调控,实现了垂直于基底的定向生长,使得载流子在钙钛矿层内传输时不受低维结构的影响,保留了钙钛矿优异的载流子传输性质。


在此基础上,该研究团队进一步制备了效率较高(~6%)且稳定性较好的太阳能电池器件,在手套箱中放置100小时没有明显的衰减。审稿人表示,该工作是锡基钙钛矿光伏器件的一个重要进展,对锡基钙钛矿光伏器件的发展具有重要意义。


该论文的第一作者是物质学院2014级硕士研究生廖宇勤,共同第一作者是访问学生刘翮飞,共同通讯作者是宁志军和吉林大学张立军教授,第一完成单位是上科大。张立军课题组进行了理论计算方面的工作,物质学院米启兮团队以及多伦多大学的团队也参与了该项研究。毗邻上科大的上海同步辐射光源为该研究提供了材料结构表征的平台。该研究得到了国家重点研发计划、上科大科研启动基金、中组部“青年千人”、国家自然科学基金和上海市科委的支持。


文章链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b01815



a.       取向生长的低维钙钛矿示意图

b.       钙钛矿太阳能电池效率和稳定性跟踪曲线