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合肥研究院等在有機(jī)

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合肥研究院等在有機(jī)

摘要: 　　近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)學(xué)習(xí)院強(qiáng)磁場科學(xué)中心熊奕敏課題組副學(xué)習(xí)員曹亮與中科院上海應(yīng)用物理學(xué)習(xí)所快樂宇課題組、蘇州大學(xué)孫寶全課題組合作，發(fā)現(xiàn)提高有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜結(jié)晶相純度尤其是表面結(jié)晶相 ...

　　近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)學(xué)習(xí)院強(qiáng)磁場科學(xué)中心熊奕敏課題組副學(xué)習(xí)員曹亮與中科院上海應(yīng)用物理學(xué)習(xí)所快樂宇課題組、蘇州大學(xué)孫寶全課題組合作，發(fā)現(xiàn)提高有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜結(jié)晶相純度尤其是表面結(jié)晶相純度，能有效消除鈣鈦礦太陽能電池器件遲滯效應(yīng)和提升器件性能，并且器件遲滯效應(yīng)的消除并不依賴于器件結(jié)構(gòu)。此項(xiàng)學(xué)習(xí)揭示了鈣鈦礦結(jié)晶相純度尤其是表面結(jié)晶相純度對器件J-V遲滯效應(yīng)有重要影響。相關(guān)學(xué)習(xí)成果發(fā)表在美國化學(xué)會期刊ACS Applied Materials  Interfaces上(2017， 9 (27)， 23141–23151)。
　　探索新能源材料及器件、利用太陽能應(yīng)對能源危機(jī)已成為一項(xiàng)重要課題。在短短的幾年內(nèi)，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已提升到22.1%，接近單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率(26.3%)。因而，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦(ABX3型結(jié)構(gòu))材料被認(rèn)為是下一代太陽能電池材料的有力競爭者。然而，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池走出實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化仍存在一些問題，如提升高效器件的穩(wěn)定性、降低遲滯效應(yīng)及實(shí)現(xiàn)大面積制備等。
　　目前廣泛報(bào)道的快速退火方法制備的鈣鈦礦太陽能電池器件的J-V曲線表現(xiàn)出明顯的遲滯效應(yīng)。論文學(xué)習(xí)人員利用上海光源的掠入射X射線衍射(GIXRD)對制備的CH3NH3PbI3-xClx薄膜進(jìn)行了系統(tǒng)表征。通過改變X射線的探測深度發(fā)現(xiàn)鈣鈦薄膜結(jié)晶相不純，尤其是薄膜表面存在明顯的多相結(jié)構(gòu)。
　　為了明確有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜結(jié)晶相純度，尤其是表面相純度對器件遲滯效應(yīng)和性能的影響，學(xué)習(xí)人員通過優(yōu)化后處理?xiàng)l件提高了的CH3NH3PbI3-xClx薄膜的結(jié)晶相純度，消除了薄膜表面的多相結(jié)構(gòu)�；诖祟惐∧さ钠骷幢憩F(xiàn)明顯遲滯效應(yīng)，且光電轉(zhuǎn)換性能得到進(jìn)一步提升。
　　值得說明的是，器件遲滯效應(yīng)的消除并不依賴于器件結(jié)構(gòu)，即正式N-i-P結(jié)構(gòu)或反式P-i-N結(jié)構(gòu)，揭示了鈣鈦礦結(jié)晶相純度尤其是表面結(jié)晶對器件J-V遲滯效應(yīng)和性能有主要影響。結(jié)合XPS和SEM結(jié)果，充分說明有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜表面結(jié)晶相純度影響表面或者晶界處低配位的Pb和I離子。這些離子作為電荷陷阱，導(dǎo)致遲滯效應(yīng)及低光電轉(zhuǎn)化效率。因此，提高鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶性、尤其是表面的結(jié)晶相純度，有利于開發(fā)高性能無遲滯有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池。
　　中科院上海應(yīng)物所楊迎國、馮尚蕾和蘇州大學(xué)許衛(wèi)東為本文共同第一作者，快樂宇、曹亮和孫寶全為論文共同通訊作者。該學(xué)習(xí)成果得到了上海光源BL14B衍射線站、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院百人計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。



　　圖(a)略入射XRD測量示意圖，以及有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜的略入射XRD譜(X光入射角度0.2度)。(b)CH3NH3PbI3-xClx薄膜二維GI-XRD譜；(c)優(yōu)化薄膜后處理?xiàng)l件后測量的二維GI-XRD譜�；�(d) r-和(e) g-鈣鈦礦薄膜的反式P-i-N結(jié)構(gòu)器件J-V曲線。(f)和(g)為正式N-i-P結(jié)構(gòu)器件J-V曲線。

合肥研究院等在有機(jī)  |  責(zé)任編輯：蟲子
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