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[材料资讯] 高鹏课题组:钙钛矿太阳能电池取得新进展

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发表于 2021-7-7 08:54:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
缺陷钝化是提升钙钛矿太阳能电池光电转换效率与稳定性最有效的方法。路易斯碱是钙钛矿太阳能电池最常用的钝化添加剂之一,被定义具有C=O、S=O、P=O、-CN等吸电子官能团的有机小分子,是能够给予外界电子的电子对供体。在传统的路易斯碱上添加质子官能团(-OH、-NH等)的分子虽然显示出了比纯路易斯碱更高效的钝化效果,但其详细的作用机理仍然未被深入研究与证明。另一方面,理论计算已证明表面活性氧(超氧离子O2-)会对钙钛矿薄膜与器件的稳定性造成损害,但是目前几乎没有针对预防超氧降解钙钛矿过程的钝化分子的相关实验研究。

钙钛矿

钙钛矿
缺陷态密度,非辐射复合,表面形貌的相关表征;稳定性测试及超氧理论计算
        中科院功能纳米结构设计与组装/福建省纳米材料重点实验室高鹏研究员将路易斯碱官能团与质子官能团于聚芳香共轭分子上进行了组合,得到了纯路易斯碱体系分子9CN-PMI与路易斯碱/质子体系分子4OH-NMI,并将其引入到钙钛矿前驱体溶液中,制备得到了钝化之后的钙钛矿薄膜与器件。通过对两种不同类型分子的表征对比,证明了具有路易斯碱/聚芳香共轭/质子结构的分子4OH-NMI能够起到更加优异的化学钝化(Chemical passivation)作用,其所拥有的C=O/-OH官能团体系不仅能够有效钝化正负电荷缺陷与铅团簇,钝化剂的-OH可以通过氢键与I-相互作用,从而促进C=O基团与反位Pb2+缺陷的相互结合,使得钝化效果最大化。与此同时,通过理论计算与稳定性测试,证明了4OH-NMI具有更加显著的能带钝化(Energetic passivation)作用,即钝化分子产生良性的中间能隙态,该能隙态位于O2产生的电子陷阱态之上,能够抢在O2之前捕获钙钛矿上的光激发电子,避免超氧离子的形成,进而提高钙钛矿器件的稳定性。此外,意外地发现4OH-NMI与9CN-PMI的加入可以提高钙钛矿前驱体溶液的粘度,从而显著增加钙钛矿膜的厚度以实现更高的光收集效率。最终4OH-NMI钝化后的钙钛矿电池效率高达23.7%且表现出优异的稳定性。相关成果发表在Advanced Materials(10.1002/adma.202008405)。
       本文通讯作者为中科院功能纳米结构设计与组装/福建省纳米材料重点实验室高鹏研究员,第一作者为硕士生张志皓。
       论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008405


      文章来源:福建物构所
       高鹏,中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究所研究员。于2006年起在Max-Planck Institute forPolymer Research (Mainz, Germany)师从德国化学会主席KlausMüllen教授攻读有机化学博士学位,主要从事有机场效应晶体管材料合成。自2010年博士毕业后,加入瑞士洛桑联邦理工大学 (école Polytechnique Fédérale de Lausanne) Micheal Grätzel教授研究组从事博士后工作。2015春天开始跟随Md. K. Nazeeruddin教授参与EPFLValais Wallis 项目,并于新成立的EPFL Sion Energy Center工作。博士和博士后期间在SCI期刊上发表原创性论文与综述90多篇,受邀撰写书章节3部。其中部分研究成果以第一/通讯作者身份发表在J. Am. Chem. Soc.、Adv.Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv.Energy Mater.、Chem. Mater.、Chem.Sci.等期刊上,多篇论文被选为期刊封面或热点论文。截止目前根据google scholar统计,个人SCI H-index为46, 文章总引用18000次。2017年1月筹建先进功能材料实验室(LAFM),担任研究员和课题组长,将专注于与稀土元素相结合的有机光电功能材料,开发新型高效光伏及电(光)致发光材料。

  声明:本网部分文章和图片来源于网络,发布的文章仅用于材料专业知识和市场资讯的交流与分享,不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑义,请第一时间联系我们,我们将及时进行处理。

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发表于 2022-3-10 15:00:36 | 显示全部楼层
高老师:
   您好!
   由重庆大学、中国光电产业平台、中国新材料发展平台联合主办的 “2022光电转换与太阳能电池材料发展论坛” 将于05月20日-22日在重庆举办,鉴于高老师您的研究建树,组委会真诚地邀请您出席会议并做邀请报告,看您的时间安排。(若您方便,烦请添加下我的微信,我给您发份会议文件,谢谢您)


会务组:徐姝      TEL:18519592830      微信:xshu1208
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