理工学院物理学系刘彭义教授团队在钙钛矿结构调控机制研究方面取得重要进展

发布单位:机构人员汇总[2021-03-23 00:00:00]打印此信息

近日,理工学院物理学系光电材料与器件团队在国际权威期刊Nano Energy(影响因子:16.6)和Advanced Energy Materials(影响因子:25.2)上发表论文,阐述钙钛矿材料的结构和稳定性调控机理:

“The Selection Strategy of Ammonium-group Organic Salts in Vapor Deposited Perovskites: From Dimension Regulation to Passivation”, Nano Energy 84, 105893(2021)。该论文第一作者为博士生林东旭,通讯作者为时婷婷副教授、谢伟广教授和刘彭义教授。

“Ion Migration Accelerated Reaction between Oxygen and Metal Halide Perovskites in Light and Its Suppression by Cesium Incorporation”, Advanced Energy Materials 11, 2002552(2021)。时婷婷副教授为共同第一作者,通讯作者为刘彭义教授和中南大学的袁永波教授。

研究团队针对真空气相沉积中钙钛矿薄膜的结构及缺陷钝化难以调控的问题,从实验和理论两方面系统研究了气相沉积中不同铵盐对钙钛矿结构维度和缺陷钝化的作用,提出了以胺盐的给电子能力作为钙钛矿气相反应中结构及缺陷钝化的一个特征指标。当铵盐给电子能力增强时,气相法反应铵盐将促进二维钙钛矿结构的产生;而当铵盐给电子能力较弱时,铵盐倾向于对三维钙钛矿结构的缺陷进行钝化。基于此团队在气相制备中首次实现了不同n值(n=1-5)的二维钙钛矿薄膜的制备;同时给出了气相反应中维度调控和缺陷钝化的具体实施方案,将光伏器件效率提升至18.23%,为钙钛矿薄膜的大面积产业化制备提供了有效的方法。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105893

(不同给电子能力的胺盐在钙钛矿的气相合成过程中的作用)

研究团队进一步从理论和实验上研究了离子迁移诱导甲铵铅碘钙钛矿分解的内在物理机制。研究发现适量Cs+离子的掺杂可以有效地抑制活性超氧离子(O2-)的形成,并且通过提高空位的跃迁能量势垒可抑制离子在钙钛矿材料中的迁移,从而有效地中断氧诱导的降解过程和离子迁移之间的协同效应。基于上述机理,研究团队提出了基于A位阳离子的组分设计策略来抑制甲脒基(FA)钙钛矿中氧分子的不利影响,对于开发具有更高稳定性的高效率钙钛矿太阳能电池具有重要的指导意义。

图①:铯中度掺杂前后形成超氧离子的激活能变化;图②:DFT理论计算下掺入铯离子后超氧离子形成能大小,中度掺杂情况下形成能最高;图③:铯离子抑制离子迁移示意图。

论文链接:https://doi.org/10.1002/aenm.202002552

(理工学院)

责编:闫芳