近期，武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院臺(tái)啟東研究員課題組在鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得了多項(xiàng)進(jìn)展，成果在國際權(quán)威期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials,IF:19.924，2篇）和《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials，IF：29.698，1篇）發(fā)表。相關(guān)工作主要圍繞具有高穩(wěn)定性的無機(jī)電荷傳輸材料及碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池開展。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202201320
在題為“NiOxNanocrystals with Tunable Size and Energy Levels for Efficient and UV Stable Perovskite Solar Cells”的論文中，該課題組提出了一種高分散性的氧化鎳納米顆粒（NiOxNCs）的新型合成方法，通過使用四烷基氫氧化銨（TAAOH，烷基=甲基、乙基、丙基、丁基）作為沉淀堿，利用其不同烷基鏈長(zhǎng)度控制NiOxNCs的尺寸，改變其Ni3+含量，從而調(diào)控NiOx薄膜的能級(jí)。使用最長(zhǎng)的丁基鏈時(shí)，獲得了最小的NiOx顆粒尺寸和NiOx/鈣鈦礦界面的最佳能級(jí)排列，獲得了接近23%的光電轉(zhuǎn)換效率。這是基于NiOx的倒置鈣鈦礦電池最高效率之一。此外，未封裝的器件還表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外線穩(wěn)定性，在200小時(shí)連續(xù)紫外線照射后仍保持87%的初始效率。該工作為使用 NiOx空穴傳輸材料制備高效穩(wěn)定的鈣鈦礦電池提供了可靠的思路。論文第一署名單位是武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院，2019級(jí)博士生崔霞霞和2021級(jí)博士生金俊君為共同第一作者，臺(tái)啟東研究員和劉曉偉副研究員為共同通訊作者。
圖1. 基于NiOx空穴傳輸層的器件結(jié)構(gòu)及性能圖
在題為“Fluorinated Interfaces for Efficient and Stable Low-Temperature Carbon-based CsPbI2Br Perovskite Solar Cells”的論文中，該課題組提出了一種氟化雙界面策略，以克服低溫碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池中普遍存在的體相缺陷和界面能級(jí)失配損害器件光伏性能的難題。即在無機(jī)CsPbI2Br鈣鈦礦吸光層的上下界面引入三氟乙酸鉀和4-三氟苯甲基溴化銨。得益于鈍化的薄膜缺陷，合適的能級(jí)匹配，促進(jìn)的電荷提取，以及抑制的電荷非輻射復(fù)合和離子遷移，雙界面優(yōu)化的器件實(shí)現(xiàn)了14.05%的效率，且表現(xiàn)出更好的濕、熱和光照穩(wěn)定性。論文第一署名單位是武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院，2020級(jí)博士生張祥為第一作者，臺(tái)啟東研究員為唯一通訊作者。
圖2. 氟化雙界面修飾的功能示意及相應(yīng)的器件性能圖
近日，課題組還應(yīng)邀發(fā)表了題為“Recent Progress of Carbon-based Inorganic Perovskite Solar Cells: from Efficiency to Stability”的專題綜述。從效率和穩(wěn)定性兩個(gè)方面總結(jié)了碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的最新進(jìn)展。通過對(duì)其器件結(jié)構(gòu)、工作原理、材料性質(zhì)、制備工藝的系統(tǒng)歸納，介紹了一系列提高器件效率的策略，包括制備工藝優(yōu)化、溶劑工程、組分工程、界面工程、電荷傳輸層優(yōu)化等，同時(shí)闡述了碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池在濕、熱和光照環(huán)境壓力下的穩(wěn)定性問題，最后討論了該領(lǐng)域存在的挑戰(zhàn)，并展望了未來的發(fā)展前景。論文第一署名單位是武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院，2020級(jí)博士生張祥為第一作者，臺(tái)啟東研究員和物理學(xué)院趙興中教授為共同通訊作者。
圖3. 碳基無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池綜述主題
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的支持。
（來源：武漢大學(xué)）
