近日，山東大學(xué)集成電路學(xué)院教授王亮與化學(xué)與化工學(xué)院教授于偉泳聯(lián)合，在全空氣制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究中取得新進(jìn)展，成果以“Two-Step Inverted Perovskite Solar Cells with > 25% Efficiency Fabricated in Ambient Air”發(fā)表在期刊Advanced Energy Materials上(影響因子24.4)，王亮教授、于偉泳教授為論文的共同通訊作者，山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院碩士研究生吳國(guó)鑫為第一作者。
 

　　兩步法制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有簡(jiǎn)單、高重現(xiàn)和操作便利的特點(diǎn)。然而，在第一步制備碘化鉛(PbI2)薄膜時(shí)，由于退火溫度低且時(shí)間短，大量與碘化鉛結(jié)合的二甲基亞砜(DMSO)殘留在薄膜內(nèi)，影響后續(xù)第二步反應(yīng)中有機(jī)胺陽(yáng)離子與碘化鉛的反應(yīng)產(chǎn)率，造成碘化鉛殘留。此外，在空氣氛圍中制備時(shí)，吸濕性的二甲基亞砜會(huì)加劇碘化鉛薄膜吸收空氣中的水分子，造成后續(xù)結(jié)晶紊亂，嚴(yán)重影響最終制備的鈣鈦礦薄膜質(zhì)量。
 

　　圖1. (a) 對(duì)照組與目標(biāo)組PbI2薄膜的X射線衍射圖譜，插圖為兩組PbI2薄膜表面水接觸角測(cè)試結(jié)果；(b)對(duì)照組與(c)目標(biāo)組的鈣鈦礦薄膜的掠入射廣角X射線散射譜；(d) 鈣鈦礦薄膜遇水穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)照片；(e)對(duì)照組與(f)目標(biāo)組鈣鈦礦晶體生長(zhǎng)機(jī)制差異示意圖。HargCl指的是L-高精氨酸鹽酸鹽。

 

　　為了解決這一問題，本工作地將L-高精氨酸鹽酸鹽引入碘化鉛前驅(qū)體溶液中，利用其相比于DMSO與碘化鉛具有更強(qiáng)相互作用力的特點(diǎn)，在退火過程中促進(jìn)碘化鉛與DMSO的分離，顯著降低了DMSO的殘留量。此外，疏水性和多官能團(tuán)位點(diǎn)的L-高精氨酸鹽酸鹽保留在薄膜內(nèi)部還發(fā)揮了抵御水分子侵入和鈍化晶體缺陷的作用。利用這一策略，我們?cè)诳諝庵兄苽涑隽烁哔|(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，并在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中實(shí)現(xiàn)了25.05%的能量轉(zhuǎn)換效率——這是迄今為止報(bào)道的兩步法全空氣制備反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最高效率。這一策略將助力鈣鈦礦太陽(yáng)能電池空氣中制備的普及，也將促進(jìn)其大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。
 

　　上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。