中外科学家破解钙钛矿不变性困难

 
 
中外科学家破解钙钛矿不变性困难  
 

 

 

 

 有机气相帮助沉积技能分子动力学进程：（左）相FAPbI3面共享八面体布局（右）相FAPbI3角共享八面体布局

 

复旦大学信息科学与工程学院詹义强、郑立荣和瑞士洛桑联邦理工大学Anders Hagfeldt、Michael Graetzel团队相助，乐成通过一种气相帮助发展要领实现了室温不变的α-FAPbI3（黑相甲脒铅碘）钙钛矿质料，而且制备出了光电转换效率大于23%的高效不变太阳能电池。相关研究成就10月2日在线颁发于《科学》。

 

金属卤化物钙钛矿因其卓越的光电机能和低温制备工艺获得了遍及的存眷，并被研制成太阳能光伏电池、发光二极管、激光器和光电探测器等。在已往的10年内，基于钙钛矿的太阳能电池，其功率转换效率也从起初的3.8%上升到迩来的20%以上。

 

但此类质料的最大缺点就是热不变性差，严重制约了其实际应用。个中甲脒铅碘钙钛矿(FAPbI3)因其精采的热不变性和靠近抱负带隙等特点而备受瞩目，被视为最有潜力走向实用的质料之一。然而研究发明FAPbI3在室温下会从光活性的黑相（a相）转酿成非光活性的黄相（d相），进而造成质料降解及电池机能衰减。因此，如何得到不变的纯a-FAPbI3薄膜成为了钙钛矿太阳能电池研究规模的一个国际困难。

 

研究人员深入研究FAPbI3的相变机理，创新性地开拓了MASCN（硫氰酸甲基铵）气相帮助发展技能。基于此项技能，可以或许在较低退火温度下（100°C）乐成将FAPbI3从d相完全转化为a相，并保持恒久不变。

 

同时，研究人员借助分子动力学模仿，首次厘清了SCN-离子的浸染机制：SCN-优先吸附于d相FAPbI3外貌，由于Pb2+与S之间的强亲和力浸染，SCN-代替了与Pb2+成键的I￣离子，将d相FAPbI3面共享八面体布局的顶层解体，并过渡到a相FAPbI3的角共享布局。顶层布局的转变形成模板化效应，自上而下，将d相FAPbI3完全转化为a相FAPbI3。由于外貌SCN-跟Pb2+之间的强亲和力浸染，形成了不变的外貌布局，约束了体a相FAPbI3。在500小时、85°C的加热老化尝试测试中，该a-FAPbI3薄膜保持零衰减，泛起出卓越的热不变性。

 

相助团队低温制备的FAPbI3钙钛矿太阳能电池的效率高出23%，并在最大功率点追踪500小时后，依然保持原有机能的90%以上，浮现了其超高事情状态不变性。

 

另外，复旦团队回收全低温制备工艺近期还乐成在PET基材上制备了效率高达20%的柔性太阳能电池，使得将来太阳能泛在操作成为大概，譬喻可以与修建物、汽车车身等一体化集成，实现无处不在的太阳能洁净高效操作，与飞艇囊体和智能昆虫翅膀等柔性集成，实现航行器和柔性智能呆板人等的轻质高效自主供电。

 

尝试丈量表白，除了卓越的光伏机能，该质料也可以在低至0.75V的开启电压下实现电致发光，在将来大面积柔性显示、照明和可穿着电子等规模也具有应用潜力。

 

专家暗示，这项打破性研究成就为钙钛矿质料在高效轻质光伏电池、新型LED和其它光电器件系统等应用奠基了基本，对太阳能洁净能源的泛在操作、新型柔性大面积光电器件与系统、以及智能呆板人自主供电等具有重要意义。

 

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.abb8985

 

 

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