孟祥悦课题组在光电材料和器件研究方面取得新进展

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有机无机杂化钙钛矿材料在光伏领域受到了广泛关注，然而铅基钙钛矿的毒性为其应用带来了一定的限制，开发无毒或低毒的非铅钙钛矿太阳能电池是非常必要的。其中，锡基钙钛矿材料具有理想的带隙和高的载流子迁移率，是一种低毒的光伏材料。目前，非铅锡基钙钛矿太阳能电池的效率达到了10%以上，证明锡基钙钛矿在光伏应用方面具有巨大潜力。但是锡基钙钛矿具有易氧化和空位缺陷较多的缺点，而且锡基钙钛矿结晶速率较快，造成薄膜缺陷较多，限制了锡基钙钛矿太阳能电池效率的进一步提升。

　　近日，光电学院孟祥悦教授及其合作者，以卤化锡钙钛矿为研究对象，根据钙钛矿结晶过程中的基本动力学和热力学理论，提出了一种基于预成核团簇（PNCs）的新型成核理论，构建了高质量的卤化锡钙钛矿太阳能电池器件。通过在FASnI3钙钛矿前驱体溶液中加入添加剂PDI2来调节钙钛矿前驱体溶液的胶体化学性质，在成核前钙钛矿前驱体溶液中已经形成稳定的团簇，这些预成核团簇作为中间相起到了降低成核能垒的作用，使得钙钛矿薄膜的成核过程更快更容易，从而得到低缺陷密度的高质量锡基钙钛矿薄膜。制备得到的太阳能电池器件效率达到11.39%，并且具有很好的光照稳定性。

       本工作通过深入理解和精确控制锡基钙钛矿薄膜的结晶过程，提出了一种基于预成核团簇的新型成核理论，其对FASnI3钙钛矿的结晶度、形貌和光电性能有重要的调节作用。这种基于预成核团簇的非经典成核理论对钙钛矿薄膜材料结晶过程的理解有重要的启发性。
       这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，孟祥悦教授是文章的第一作者兼通讯作者。


　　论文信息：Crystallization Kinetics Modulation of FASnI3 Films with Pre-nucleation Clusters for Efficient Lead-free Perovskite Solar Cells,Xiangyue Meng,* YunfeiLi, Yizhi Qu, Haining Chen, Nan Jiang, Minghua Li, Ding-Jiang Xue, Jin-Song Hu,* Hui Huang,*and Shihe Yang*,Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202012280
       文章来源：国科大
       孟祥悦于2020年加入中国科学院大学，入选“中国科学院百人计划B”人才项目支持。2009年本科毕业于北京航空航天大学，获得应用化学专业学士学位；2014年博士毕业于中国科学院化学研究所，获得物理化学专业博士学位；博士毕业后在北京化工大学、香港科技大学和日本国立材料研究所工作和学习。孟祥悦博士的研究工作围绕光电材料和器件，内容涵盖了富勒烯光电材料与器件和非铅锡基钙钛矿太阳能电池。富勒烯光电材料与器件方面，系统的研究了富勒烯双加成衍生物做为受体材料在有机太阳能电池中的应用，同时也设计合成了一系列富勒烯衍生物做为电子传输层应用于钙钛矿太阳能电池。非铅锡基钙钛矿太阳能电池方面，通过深入理解和控制锡基钙钛矿薄膜结晶动力学和热力学，研究了聚乙烯醇与钙钛矿之间的氢键作用对锡基钙钛矿薄膜结晶的影响。进一步将有机含氟阳离子做为添加剂通过表面控制改善锡基钙钛矿薄膜结晶质量，提高锡基钙钛矿太阳能电池光电转换效率和稳定性。迄今已发表SCI论文45篇，其中以第一作者或通讯作者在Joule, Adv Mater, Adv Energy Mater, Adv Funct Mater, Nano Energy, J Phys Chem Lett等期刊发表SCI论文15篇。目前课题组主要研究领域为光电材料和器件，围绕功能性光电材料的合成和器件的设计与构筑、多功能性质机制深入探究以及拓展应用研究。