西安交大为制备高效稳定钙钛矿太阳能电池提供新策略

文章来源：西安交通大学

有机-无机杂化钙钛矿材料由于具有吸收系数高，激子束缚能低和载流子寿命长，且元素储量丰富和价格低廉等优点，已经迅速成为光电器件研究领域的“宠儿”。近年来，科研人员采用有机-无机杂化钙钛矿材料作为光吸收层，在太阳能电池方面的研究取得了巨大成功，其光电转换效率从2009年的3.8%剧增到2019年的25.4%，该效率已经超过目前所有薄膜太阳能电池效率。

在薄膜钙钛矿太阳能电池如火如荼发展的同时，钙钛矿量子点因其发光波长可调、窄带发射、量子效率高等特点，也掀起了一股研究热潮。研究人员发现，通过控制钙钛矿纳米晶的形貌与尺寸，可调节其能级结构和光电性能。将钙钛矿量子点引入到太阳能电池中，不仅可提高对太阳光的利用率，还能避免钙钛矿薄膜中通过混合卤化物调节带隙所引起的组分偏析和效率不稳定等问题。

虽然钙钛矿太阳能电池的种种得天独厚的优势使其在基础研究和商业化领域成为一匹黑马，但由于钙钛矿材料在潮湿环境和光照条件下具有较差的环境稳定性，容易发生分解并造成电池效率降低或失效，钙钛矿太阳能电池的商业化道路进展依旧缓慢。

为获得高效稳定的钙钛矿太阳能电池器件，西安交通大学电信学部阙文修教授联合美国布朗大学Chen Ou博士团队、Nitin P. Padture与Yuanyuan Zhou教授团队，采用阳离子交换法合成Cs1-xFAxPbI3钙钛矿合金量子点，将其沉积在FAPbI3薄膜表面，形成具有富铯表面的光吸收层，可减少电池器件中光生载流子的复合。与FAPbI3薄膜组装的太阳能电池相比，Cs1-xFAxPbI3量子点修饰的FAPbI3基太阳能电池的环境稳定性得到了显著提高。钙钛矿量子点通过与相似组分的薄膜相互融合，为制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了一种新的可能。

上述研究成果以《量子点诱导富铯表面增强甲脒铅碘基钙钛矿太阳能电池稳定性》（Quantum-Dot-Induced Cesium-Rich Surface Imparts Enhanced Stability to Formamidinium Lead Iodide Perovskite Solar Cells）为题发表在ACS Energy Letters期刊上，该期刊为美国化学协会旗下的国际能源领域顶级期刊，最新影响因子为16.3。阙文修教授自2006年从新加坡归国任教后，其团队一直致力于太阳能可持续转换成其它清洁能源的研究，目前在新型太阳能电池光电转换领域已发表系列高水平的学术成果。此论文的发表，受到了国内外专家的高度关注和充分肯定。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01262

本研究由西安交通大学电信学部阙文修教授团队发起并和美国布朗大学Chen Ou博士团队、Nitin P. Padture与Yuanyuan Zhou教授团队合作完成。西安交通大学电信学部为第一通讯单位，电信学部阙美丹博士为第一作者，美国布朗大学工程系戴政泓博士生为共同第一作者，西安交通大学阙文修教授和美国布朗大学Nitin P. Padture教授，Yuanyuan Zhou博士，Ou Chen博士为本文的通讯作者。