有机-无机混合钙钛矿太阳能电池（PSC）由于其优异的光电特性得到了人们广泛的关注，近年来，其能量转换效率（PCE）从3.8％迅速提高到了25.2％。通过引入混合的阳离子和不同卤素离子来调节有机-无机杂化钙钛矿的组成，可以有效地改善钙钛矿的晶体结构，从而有效的提高PSC的稳定性和效率。与单阳离子/卤化物钙钛矿相比，混合钙钛矿不仅具有更高的PCE，而且具有更好的空气稳定性。
近日，苏州大学王照奎教授，德国Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie 的Antonio Abate教授以及德国Institute of Chemistry and Biochemistry的Siegfried Eigler教授通过在钙钛矿中引入超薄的氧官能化石墨烯（oxo-functionalized graphene, oxo-G）纳米薄片改善了三元阳离子钙钛矿中的离子迁移问题，同时有效的阻隔了水和氧气对钙钛矿的侵蚀。研究人员证明oxo-G的引入可以有效的改善钙钛矿的结晶以及晶体取向，进而提高其器件的PCE，同时网状结构的超薄纳米薄片有效的抑制了钙钛矿内部的离子迁移，提高了器件的稳定性。基于Cs0.05(FA0.85MA0.15)0.95Pb(I0.85Br0.15)3的钙钛矿，通过oxo-G纳米薄片改性之后的器件的PCE可以达到21.1%，填充因子可以达到0.8以上。这项工作为稳定和高效的三元阳离子钙钛矿太阳能电池提供了一种有效的策略。
图1. Oxo-G优化的器件结构示意图以及oxo-G的分子结构式。
相关论文发表于Advanced Energy Materials，文章的第一作者是德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心李萌博士和左巍巍博士；共同通讯作者为苏州大学王照奎教授，德国Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie 的Antonio Abate教授以及德国Institute of Chemistry and Biochemistry的Siegfried Eigler教授。
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Ultrathin Nanosheets of Oxo-functionalized Graphene Inhibit the Ion Migration in Perovskite Solar Cells
Meng Li, Wei-Wei Zuo, Qiong Wang, Kai-Li Wang, Ming-Peng Zhuo, Hans Köbler, Christian E. Halbig, Siegfried Eigler,* Ying-Guo Yang, Xing-Yu Gao, Zhao-Kui Wang,* Yongfang Li, and Antonio Abate*
Adv. Energy Mater., 2019, 9, 1902653. DOI: 10.1002/aenm.201902653
研究团队简介
高性能钙钛矿太阳能电池和钙钛矿发光二极管是苏州大学廖良生教授、王照奎教授课题组的研究方向之一。近几年来该课题组基于以往从事有机光电器件和材料研究的经验，围绕有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池中的界面、钙钛矿薄膜晶化、铅的毒性等关键问题，开发了一系列高效、稳定的空穴和电子传输材料，在界面修饰的基础上，发展了多种钙钛矿薄膜晶化控制的新方法，通过掺杂非铅金属元素调控钙钛矿薄膜的晶化取并实现降低铅使用量等多重目的，并开展了钙钛矿材料在室内光伏器件方面的研究。在钙钛矿发光二极管方面，实现了内部量子效率2.6%的深蓝（465 nm）钙钛矿LED器件。
王照奎
https://www.x-mol.com/university/faculty/18417
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