介观物理国家重点实验室在非铅钙钛矿太阳能电池研究取得突破性进展

 

  

  

        当今时代,由于化石燃料的使用造成的环境问题日益加剧,太阳能因其清洁环保而引起了人们的广泛研究,太阳能电池是对太阳能直接利用的方式之一。近年来,有机无机杂化钙钛矿电池已经吸引了国内外研究组的广泛研究,其效率也不断提升,最新的太阳能电池认证效率达到22.7%,已经可以和传统的硅基电池媲美。但是这类电池的主要存在的问题是材料本身含铅所带来的毒性以及其较低的本征稳定性,这严重的制约着其走向商业化。
        针对目前铅基钙钛矿所面临的毒性以及稳定性问题,北京大学物理学院介观物理国家重点实验室王树峰副教授,陈志坚教授,肖立新教授等首次制备出了基于非铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6的高质量薄膜及其太阳能电池。对于传统的铅基钙钛矿材料,其结构为APbX3, 如果用一个一价金属和三价金属来代替两个铅,即可形成结构式为A2M+M3+X6的双钙钛矿,又名冰晶石。双钙钛矿是一个非常庞大的家族,理论计算可以形成这种组合的有超过9000种,目前有350种已经被合成。根据计算,有11材料有潜力用于光伏器件。目前已经被合成的有5种左右,但是鲜有双钙钛矿电池报到。其主要原因在于很难制备高质量的双钙钛矿薄膜。
        该研究组通过自己搭建的低压辅助设备首次制备出了高质量的双钙钛矿Cs2AgBiBr6薄膜,研究发现,该薄膜的热稳定性远远好于传统的铅基有机-无机杂化钙钛矿材料。将其用做吸光层,制备出了平面异质结太阳能电池。基于该薄膜的电池在空气中有很好的稳定性,对于无空穴传输层的器件在空气中放置超过4个月其效率没有衰减。说明双钙钛矿在太阳能电池的应用中有非常大的潜力。相关成果发表在《Advanced Science》 (The Dawn of Lead-Free Perovskite Solar Cell: Highly Stable Double Perovskite Cs2AgBiBr6 Film, Adv. Sci. 2018, 5(3), 1700759)。
        北京大学物理学院博士生吴存存为第一作者,王树峰副教授,陈志坚教授,肖立新教授为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金以及介观物理国家重点实验室的资助。

 

 
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