酒同鋼 - 教授課題組

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鈣鈦礦材料在光伏發電領域風生水起，在短短十年內實現了從3.8%到25.5%的光電轉換效率的蛻變，其發展速度已超過多晶硅、CdTe、CIGS等商業化應用的薄膜太陽能電池。在諸多鈣鈦礦體系中，甲脒鈣鈦礦太陽能電池具有合適的禁帶寬度，較寬的光譜響應以及良好的熱穩定性，是突破光電效率瓶頸最有潛力的材料之一。然而，傳統的低溫溶液制備法獲得的鈣鈦礦薄膜由液相到固相的快速結晶過程容易產生大量的缺陷，如晶界、空位以及反位缺陷等，限制了光電效率的進一步提高，同時也導致電池穩定性差。鈣鈦礦表面缺陷數量甚至比體缺陷高一個數量級，因此提高活性層的晶體質量，減少表面缺陷對實現甲脒鈣鈦礦太陽能電池的商業化尤為重要。

2022年，該課題組進一步證實了低維鈣鈦礦構筑對FAPbI3鈣鈦礦太陽能電池性能的調控作用。研究人員從分子結構性質調控出發，將相對短鏈的環丙甲脒鹽酸鹽（CPAH）應用于FAPbI3鈣鈦礦表面缺陷鈍化研究。在避免長烷基鏈絕緣效應的基礎上，CPAH中環丙基的空間效應使得三維鈣鈦礦表面誘導生成更為穩定的二維鈣鈦礦，所制備的二維/三維鈣鈦礦薄膜在能級、薄膜形貌及缺陷態密度等性質方面均得到有效調控。二維鈣鈦礦鈍化層可有效抑制電荷復合并促進電荷轉移，因此器件最優開路電壓損失降低至0.34 eV，能量轉換效率達到22.8%，同時器件的濕、熱和光穩定性顯著提高。

2021年，山東大學酒同鋼課題組在甲脒鈣鈦礦太陽電池研究方面取得新進展，他們將維度調控和缺陷鈍化相結合，采用后處理的方式在純甲脒鈣鈦礦表面引入4-氯苯甲脒鹽酸鹽，其對氯結構誘導鈣鈦礦二次生長形成1D納米棒狀鈣鈦礦，有效的填補3D鈣鈦礦的晶界以及空位缺陷，減小了非輻射復合損失，電壓損失降低至0.35 eV, 實現了21.95%的光電轉換效率。同時1D鈣鈦礦的優異穩定性可以保護3D鈣鈦礦太陽能電池免受環境水汽的侵蝕，未封裝器件的光、熱和濕穩定得到顯著改善。