刘明侦教授团队在Cell子刊iScience上发表论文

文:材料学院 图:材料学院 / 来源:材料学院 / 2019-05-05 / 点击量:4575

  近日,我校材料与能源学院刘明侦教授带领的先进光电材料与器件研究中心在国际著名期刊iScience(Cell子刊)上发表题为“Unveiling property and function of hydrolysis-derived DMAPbI3 for caesium-based perovskite devices: composition engineering, defect mitigation, and stability optimization”的研究论文。这是我校首次以第一作者和通讯作者单位在iScience上发表研究论文。

  iScience是国际著名Cell Press出版社旗下的开放获取期刊,该期刊涵盖了生命、物理及环境科学领域的基础和跨学科领域的应用研究,收录了领域内最前沿的优秀论文。

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图1:Cs基钙钛矿晶体结构及钙钛矿电池器件结构示意图

  发展可持续能源是当今环境科学研究的热点,钙钛矿太阳能电池由于其优异的光电性能和低廉的制造成本受到了极大的关注。钙钛矿太阳能电池主要包含电荷传输层和光吸收层,其中光吸收层采用具有ABX3结构的钙钛矿材料(图1)。其中,全无机钙钛矿CsPbI3在其立方相(α相)时,拥有1.73eV的宽带隙结构,这一特征促使它成为钙钛矿/硅基叠层太阳能电池顶部电池的理想吸收层材料。

  然而,α相CsPbI3在室温下易发生相转变,导致其光电转换效率大幅下降。为了解决这一问题,使用“HPbI3”辅助调节其结晶过程从而达抑制室温相转变这一方法成为制备室温稳定高效的全无机CsPbI3薄膜的主流方法。在该论文中,作者通过一系列表征手段(如原位热重-傅里叶红外光谱耦合分析(in-situ TG-FTIR)、核磁共振氢谱(1H NMR)等,图2),对“HPbI3”粉末进行详细的结构成分分析,证明了通过溶液法合成的“HPbI3”并不存在,取而代之的是一种含有有机物的物质,即CH3NH2CH3PbI3(DMAPbI3)。原因是由于前驱体溶液中的溶剂二甲基甲酰胺(DMF)在酸性条件下发生水解反应,从而引入了CH3NH2CH3+(DMA+)离子。这一结果证实了采用常规“HPbI3”方法制备出的薄膜并非全无机CsPbI3钙钛矿材料,而是掺入了DMA+离子的有机无机杂化CsxDMA1-xPbI3薄膜。因此,作者在文章中也进一步探讨了DMA+离子对钙钛矿薄膜和器件的影响,最终制备出稳定高效的CsxDMA1-xPbI3钙钛矿太阳能电池。

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图2:原位热重-傅里叶红外连用和核磁共振氢谱分析分别依次确定粉末样品中的

有机物的官能团结构和确定有机分子结构

  文章全面分析并确认了利用氢碘酸(HI)作为添加物加入溶解有PbI2的DMF溶剂中生成DMAPbI3的这一结论,揭示了HI能够诱导溶剂DMF发生水解,系统地研究了水解产物DMA+离子对Cs基钙钛矿太阳能电池光电性能的影响,对进一步理解和提高Cs基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率具有积极重要意义。

  该论文电子科技大学材料与能源学院为唯一通讯单位,刘明侦教授为唯一通讯作者;硕士研究生裴云鹤和刘洋为该论文的共同第一作者;裴云鹤在研究生期间以第一作者身份已在Nanoscale上发表论文,目前已前往英国牛津大学交流学习;刘洋曾多次参加太阳能电池会议,目前已前往国家纳米中心进行学习。

  刘明侦教授团队主要从事新型太阳能电池研究,特别是在钙钛矿太阳能电池领域,围绕新材料探索、工艺制备、器件优化等方向,做出了一系列创新成果。近年来,该团队已在国际著名期刊上发表多篇论文。


  论文链接:https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(19)30121-X?rss=yes

  团队主页链接:http://optoelectronics.uestc.edu.cn/



编辑:罗莎  / 审核:王晓刚  / 发布者:陈伟