材料科学与工程学院贺本林副教授在国际顶尖期刊《先进功能材料》上发表论文
发布时间:2022-07-29  [ 阅读:652次   |   添加:蒲帅 ]

  本站讯 近期,中国海洋大学材料科学与工程学院贺本林副教授课题组在国际顶尖材料期刊《Advanced Functional Materials》发表了题为Defect-Dependent Crystal Plane Control on Inorganic CsPbBr3 Film by Selectively Anchoring (Pseudo-) Halide Anions for 1.650 V Voltage Perovskite Solar Cells()卤化物阴离子选择性锚定控制无机CsPbBr3薄膜缺陷相关晶面制备1.650V电压钙钛矿太阳能电池》的研究成果。本项工作详细研究了CsPbBr3钙钛矿晶体缺陷与其晶面生长之间的依赖关系,在CsPbBr3钙钛矿易形成缺陷态的(110)晶面选择性锚定()卤化物阴离子,抑制该晶面生长,实现钙钛矿薄膜沿defect-free晶面的优先取向生长,在有效提高钙钛矿薄膜质量、降低薄膜缺陷态密度的同时,显著提升了全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和高温高湿空气环境下的长期运行稳定性。中国海洋大学材料科学与工程学院2018级硕士研究生朱景伟同学为本论文的第一作者。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目的支持。

  近年来,钙钛矿太阳能电池发展迅猛,其光电转化效率已由最初的3.8%提升至25.7%,但是钙钛矿薄膜内部存在着大量的缺陷态,这已成为制约钙钛矿太阳能电池光电转换效率和长期稳定性进一步提升的重要因素。为了减少钙钛矿薄膜内部/表面的缺陷态,进而提升钙钛矿薄膜的质量及器件性能,研究者们已经利用界面工程、添加剂工程、化学抛光处理等策略在薄膜缺陷钝化方面进行了大量工作。截至目前,最先进的缺陷钝化策略主要是在晶界和表面处等薄膜维度的处理film-dimensional manipulation,然而,晶粒表面的缺陷化与其晶面之间的关系如何这一核心科学问题仍然悬而未决。

  针对上述核心科学问题,我院贺本林副教授课题组系统研究了钙钛矿薄膜缺陷态和晶面之间的相互依赖关系,并取得了重要发现:研究团队首先计算了PbBr反位缺陷分别在CsPbBr3钙钛矿晶体(100)(110)(111)(200)(210)(211)等晶面上的形成能,发现(h00)晶面倾向于defect-free状态,而(110)晶面则存在着明显的陷阱态;为了深入挖掘这一现象,通过引入一系列具有不同阴离子(包括NO3-PF6-BF4-Cl-)1-乙基-3-甲基咪唑(EMIm)基离子液体作为添加剂来调控CsPbBr3薄膜的结晶、生长过程,并成功揭示了钙钛矿薄膜缺陷态和晶体晶面之间的相互依赖关系。由于()卤化物阴离子与CsPbBr3钙钛矿(110)晶面之间的相互作用较强,阴离子更容易锚定在其表面,从而抑制易形成陷阱态的(110)晶面的生长,实现CsPbBr3钙钛矿晶体沿[h00]晶面的优先取向生长;最终,该策略使CsPbBr3钙钛矿薄膜质量显著提高,缺陷态的形成得到了有效抑制,将全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升至10.71%,并获得了高达1.650V的开路电压。这项工作深化了对钙钛矿薄膜内部缺陷态形成和钝化机制的理解,对制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池具有重要的理论指导意义。

  近年来,贺本林副教授课题组围绕全无机钙钛矿太阳能电池开展了系统的研究工作。研究成果发表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2022, 202206838) Nano Energy (Nano Energy 2022, 96, 107138)Small (Small 2021, 2106323)Journal of Materials Chemistry A (J. Mater. Chem. A 2022, 10, 6649-6661; J. Mater. Chem. A 2020, 8, 20987-20997; J. Mater. Chem. A 2019, 7, 12635-12644)Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J. 2022, 428, 131950; Chem. Eng. J. 2022, 431, 134193; Chem. Eng. J. 2021, 404, 126578)ACS Applied Materials & Interfaces (ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 36092)等国际顶尖的材料和能源类期刊上。相关工作也得到暨南大学信息科学与技术学院唐群委教授的支持和协助。

编辑:孙丽雯