近日，物理學(xué)院有機(jī)鈣鈦礦光伏技術(shù)團(tuán)隊(duì)在混合鹵素寬帶隙鈣鈦礦光伏研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)工作以“Efficient wide-bandgap perovskite photovoltaics with homogeneous halogen-phase distribution”為題在線發(fā)表在《Nature Communications》（Nat. Commun., 2024, 15, 8899.）上。我校碩士研究生王瑞、劉嘯宇、顏杉為論文共同第一作者，何庭偉博士和楊少鵬教授為共同通訊作者。

混合鹵素寬帶隙鈣鈦礦材料通常用作疊層太陽能電池的頂部電池。然而，隨著鈣鈦礦材料的光學(xué)帶隙變寬，薄膜的溴含量不可避免地增多，使得寬帶隙光伏器件的V_oc損失愈加嚴(yán)重。調(diào)節(jié)混合鹵素鈣鈦礦的結(jié)晶動力學(xué)實(shí)現(xiàn)均勻的鹵素相分布，是混合鹵素寬帶隙鈣鈦礦領(lǐng)域迫切需要解決的難題。在本工作中，作者在鈣鈦礦薄膜埋底界面構(gòu)筑功能化的雙分子層（D-2P）結(jié)構(gòu)，為解決這一難題提供新思路。D-2P結(jié)構(gòu)通過位于2P分子頭部的咔唑基團(tuán)之間的強(qiáng)π-π相互作用形成。位于2P分子尾端的磷酸基團(tuán)可以分別錨定NiO_x和[PbX₆]^4-八面體，從而形成穩(wěn)定的鍵橋結(jié)構(gòu)。D-2P結(jié)構(gòu)可以降低Br相和I相鈣鈦礦的形成能，誘導(dǎo)鹵素組分自下而上的均勻結(jié)晶。受益于降低方非輻射復(fù)合和改善的載流子傳輸，D-2P處理的寬帶隙（1.75 eV）鈣鈦礦光伏實(shí)現(xiàn)了20.80%的光電轉(zhuǎn)換效率（經(jīng)第三方認(rèn)證的20.70%），這是該體系目前報(bào)道的最高效率。該工作為進(jìn)一步制備更高性能的寬帶隙鈣鈦礦和疊層光伏器件提供了新策略。

自2022年加入河北大學(xué)物理學(xué)院以來，何庭偉博士帶領(lǐng)課題組同學(xué)已在金屬鹵化物鈣鈦礦光伏領(lǐng)域取得了一系列重要階段性成果，相關(guān)工作分別發(fā)表在Nature Communications(2024, 15, 8899.)、Advanced Materials (2024, 36(23): 2401103; 2023, 35(39): 2304149)等國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上。

以上研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、河北省優(yōu)秀青年科學(xué)基金、河北大學(xué)高層次引進(jìn)人才項(xiàng)目、河北大學(xué)生命科學(xué)與綠色發(fā)展學(xué)科群項(xiàng)目、光伏技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心的資助，以及物理學(xué)院公共測試中心的大力支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-53344-9

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202401103

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304149

（物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院供稿）