周惠琼课题组在锍阳离子辅助中间相工程调控准二维钙钛矿太阳能电池性能方面取得新进展

发布时间:2022-11-03

近日,国家纳米科学中心周惠琼课题组在锍阳离子辅助中间相工程调控准二维钙钛矿性能方面取得新进展。相关研究成果以Sulfonium Cations Assisted Intermediate Engineering for Quasi-2D Perovskite Solar Cells为题在线发布于Advanced Materials (Adv. Mater. 2022, DOI: 10.1002/adma.202207345)

近年来,Ruddlesden-PopperRP)型准二维钙钛矿因其独特的光电性质以及优异的稳定性受到了广泛的关注。由于其无序结晶的影响,RP型钙钛矿的薄膜质量仍然不能令人满意。多种结晶调控策略已被成功应用于实现更优的光电性能,但目前相关研究多聚焦于结晶调控后薄膜的光电性能,而缺少对结晶过程的理解。

在本项工作中,该研究团队引入锍阳离子调控了准二维RP型钙钛矿结晶过程中中间相的转化并改善了其薄膜质量。通过X射线衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)研究了相关的中间相结构及其转化过程。锍阳离子的引入抑制了不利的碘化铅溶剂化相的生成,同时促进了规整的纤维状中间体的生成,这有利于获得高质量的钙钛矿多晶薄膜。该调控方法均有效地实施于不同n值的准二维钙钛矿以及三维钙钛矿体系中。利用原位荧光光谱(in-situ PL)研究了成膜过程中钙钛矿的结晶,发现锍阳离子的引入加速并优化了薄膜的结晶过程,证明了调控中间相转变是获得高质量钙钛矿薄膜的有效途经。得益于改善的结晶质量,相应的钙钛矿薄膜器件在室温下获得了19.08%的光电转化效率,并在低温条件下(180 K)进一步提升至20.52%。此外,相应的器件也表现出优异的稳定性,在40℃下最大功率点追踪1000小时仍能保持初始效率的84%。本工作研究了准二维RP型钙钛矿成膜过程中的中间相性质及相应的转变过程,丰富了对RP型钙钛矿结晶过程的理解,并提供了一种简单有效的方法改善准二维RP型钙钛矿薄膜的结晶质量及相应的器件性能。

国家纳米科学中心博士研究生王博欣和程倩为文章共同第一作者,周惠琼研究员为本文的通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金委、中国科学院设备研制项目以及中国科学院战略性先导专项的支持。

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图. 锍阳离子对准二维RP型钙钛矿的中间相性质及器件性能的影响