近日，上海科技大学物质学院陈刚团队在甲脒基钙钛矿太阳能电池领域取得了系列进展。通过对薄膜生长条件的精准优化，制备出了高效稳定的钙钛矿太阳能电池器件。相关成果分别发表于国际知名期刊Advanced Materials和Small。 甲脒基 Dion-Jacobson相钙钛矿材料因兼顾光电性能与环境稳定性，受到诸多关注。然而，受到薄膜内部本征缺陷的限制，基于此类材料的太阳能电池通常表现出较差的器件性能。刚性二胺有机层间隔阳离子对晶格失配容忍度低，这会导致缺陷和晶格畸变的产生，并最终影响器件光电性能。陈刚团队在甲脒基低维钙钛矿材料内部引入了单胺间隔层阳离子，显著提高了薄膜品质（图一）。
图一、调控有机层间隔阳离子制备高品质甲脒基低维钙钛矿薄膜。 灵活的单价间隔阳离子有效地减轻了晶格畸变并减少了晶体缺陷，为钙钛矿薄膜提供了理想的微观形貌、优异的晶体取向、较少的缺陷态以及更高的电荷传输能力。基于优化后薄膜的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到 16.0%，为同类器件的最高值。此外，该类器件还表现出优异的热稳定性，在85°C下老化800小时后仍保持其初始效率的90%。该成果以“Tailoring Interlayer Spacers for Efficient and Stable Formamidinium-Based Low-Dimensional Perovskite Solar Cells”为题，发表于国际知名期刊Advanced Materials。 在另外一项近研究中，陈刚团队揭示了在潮湿条件下退火对甲脒基钙钛矿薄膜品质的提升作用，并应用先进同步辐射技术研究了其内在机制。甲脒基钙钛矿材料具有制备高效商业太阳能电池的巨大潜力，然而此类薄膜需要在严苛的环境下加工，阻碍了其商业化进程。陈刚团队系统地研究了在环境条件下退火制备甲脒基钙钛矿薄膜的过程。在低湿度条件下制备的薄膜比在无湿条件下制备的薄膜具有更少的针孔和缺陷，并表现出更好的器件性能。一系列原位和准原位研究揭示了低湿度条件下退火过程中，水分子和钙钛矿之间的相互作用引发的钙钛矿薄膜缺陷不断地愈合（图二）的现象。该研究将进一步推进甲脒基钙钛矿太阳能电池的环境制备和相关器件的实用化发展。该成果以“Humidity-Induced Defect-Healing of Formamidinium-Based Perovskite Films”为题，发表于国际知名期刊Small。
图二、湿度诱导甲脒基钙钛矿薄膜钝化修复。 两篇文章的第一作者分别为物质学院2018级研究生程蕾和副研究员孟轲，陈刚教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金，上海市科委，上科大启动经费及上海光源的大力支持。 论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202106380 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202104165 |
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