[交大智慧]交大钙钛矿太阳能电池研究取得系列重要进展[图]

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有机/无机杂化钙钛矿(如CH ₃ NH ₃ PbI ₃ )材料及其相关应用是近些年新型光电半导体发展中具有革命性的技术突破，这类材料具有制备简单，带隙可调和电荷转移性能好等优点。美国可再生能源国家实验室（NERL）认证公布的钙钛矿太阳能电池的最高转换效率为22.1%，由于钙钛矿太阳能电池出色的应用前景，引起学术界和工业界的广泛重视。

环境科学与工程学院赵一新特别研究员长期致力于钙钛矿太阳能电池研究，近日他所负责的光电转化可再生能源团队及合作者在化学材料领域权威期刊《Chemical Society Review》（SCI影响因子： 33.383 ）上发表了钙钛矿太阳能电池研究综述文章“Organic-inorganic hybrid lead halide perovskites for optoelectronic and electronic applications”，该文章系统地阐述杂化钙钛矿材料的化学物理性能、合成方法和光电应用，对钙钛矿太阳能电池的研究有重要的参考价值。这是该团队继2014年在《Journal of the American Chemical Society》（影响因子 12.113 ）发表两篇关于钙钛矿太阳能电池的论文（J. Am. Chem. Soc., 2014, 136 , 12241和J. Am. Chem. Soc., 2014, 136 , 12205）以来，又在该领域取得突破性进展。

高效率钙钛矿太阳能电池器件的构成中高质量的钙钛矿薄膜是关键基础，传统溶液法制备钙钛矿薄膜的方法主要有“一步法”和“两步法”。一步沉积法采用PbI ₂ 和CH ₃ NH ₃ I的混合溶液为前驱体进行直接涂覆结晶，在结晶过程中由于溶剂挥发使薄膜体积收缩；两步法是将沉积PbI ₂ 前驱薄膜与CH ₃ NH ₃ I反应，在该过程中碘化铅转换到钙钛矿时会发生体积膨胀。由于一步法中的体积收缩和两步法引起的体积膨胀都会严重影响钙钛矿薄膜的质量和性能，针对这个问题，赵一新团队开发了一系列的方法有效解决了上述难题，在两步法中，团队创造性的提出了一个新的策略，通过在前驱体碘化铅中预先加入CH ₃ NH ₃ I来预先控制薄膜的体积膨胀，从而可以高质量高重复性的制备钙钛矿电池，该团队运用该技术和美国可再生能源国家实验室（NREL）合作制备高质量、高重复性的制备钙钛矿电池，在权威期刊Nano letter上（ 影响因子： 13.592 ）发表相关论文。团队还通过往前驱体溶液中加入廉价易得的盐酸溶液的方法使得钙钛矿薄膜可以在高达60%湿度下高质量制备，相关成果发表在权威期刊Journal of Materials Chemistry A 上 ( 影响因子 : 7.443 )。传统报道的钙钛矿制备都需要使用一个关键的原材料CH ₃ NH ₃ I，而典型的CH ₃ NH ₃ I合成过程中大量使用有机溶剂如乙醚，这些都将带来健康和环境问题。团队创新性的将商业化的氢碘酸（HI）、碘化铅（PbI ₂ ）的前驱体溶液直接与甲胺气体（CH ₃ NH ₂ ）反应，这一全新思路不仅避免了CH ₃ NH ₃ I的使用，一举实现了更加环保绿色制备高质量钙钛矿太阳能电池，相关成果发表在权威期刊Journal of Materials Chemistry A 上( 影响因子 : 7.443)。此外，团队探索了一种绿色环保的钙钛矿单晶的生长方法可以便捷地获得不同化学组分的钙钛矿单晶。研究工作发表在 Chemical Communications 上 ( 影响因子： 6.834)，多次成为该杂志当月的下载热点论文。

当前，资源紧张、环境污染、气候变化三大问题突出，赵一新团队研究专注于光电转化为主特色的可再生能源和环境功能材料。上述钙钛矿太阳能电池的成果得到了国家自然科学基金、国家青年千人资助计划和学校985工程三期项目的资助，绿色能源大规模开发利用，具有巨大的经济、社会和环境效益。

论文链接：

Organic-inorganic hybrid lead halide perovskites for optoelectronic and electronic applications

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/cs/c4cs00458b# !

Controllable Sequential Depositionof Planar CH3NH3PbI3 Perovskite Films via Adjustable Volume Expansion

http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.5b00843

A general non- CH3NH3X (X= I, Br) one-step deposition of CH3NH3PbX3 perovskite for high performance solar cells

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TA/C5TA10661C

Hydrochloric acid accelerated formation of planar CH3NH3PbI3 perovskite with high humidity tolerance

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ta/c5ta06172e

A facile solvothermal growth of single crystal mixed halide perovskite CH3NH3Pb(Br1−xClx)3

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/cc/c5cc01835h