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谢立强副教授、魏展画教授团队在国际权威期刊Nature Communications发表论文

作者:尤慧君      单位:发光研究院 发布时间:2022-08-29

近日,我校发光材料与信息显示研究院、材料科学与工程学院的谢立强副教授、魏展画教授团队在国际著名期刊Nature子刊Nature Communications(中科院一区,IF:17.694)发表最新研究论文:Moisture-triggered fast crystallization enables efficient and stable perovskite solar cells(DOI:10.1038/s41467-022-32482-y)。

在本研究中,由于能强烈干扰钙钛矿结构的水汽在环境中无处不在,因此研究水对钙钛矿的作用具有重要意义且极具挑战性。在之前的报道中,对水如何作用于钙钛矿的研究结果总是受到实验过程中其他因素的影响,所得证据多是间接证据。因此,将水汽的实际作用与这些因素解耦,对于获得水作用机理的“直接证据”至关重要。在本篇论文里,谢立强、魏展画团队开发了多种可氮气保护的表征技术,研究了水汽对含铯、甲胺和甲脒三元阳离子钙钛矿(Cs0.05FA0.75MA0.20)Pb(I0.96Br0.04)3的影响。

研究发现适量的水汽处理钙钛矿中间态薄膜可以促进有机盐的传质,并帮助它们进入到薄膜的底部。同时,这个过程会加速有机盐和PbI2之间的准固-固反应,实现空间均匀的中间相分布,从而形成排列有序、钙钛矿相更纯的中间态钙钛矿薄膜(图一)。

图一 (左)水汽处理前后薄膜内部晶粒的排列示意图;可N2保护的表征技术示意图:(右a)光学测试系统,(右b)扫描电镜SEM,(右c)XRD结晶性测试

经水汽处理的钙钛矿薄膜的晶粒排布更有序、相分布更均匀,有利于最终态钙钛矿薄膜结晶性的提高和缺陷的大幅减少,从而提高薄膜中的电荷传输性能。因此,最优器件的光电转换效率可达接近24%且器件的滞后现象基本消除。同时,这些器件在最大功率点处运行时,平均T80寿命可达852小时(最长1210小时)。这项工作基于无空气暴露的原位测试技术,系统研究了水汽对钙钛矿薄膜的真实影响,同时也为研究其他亚稳态物质提供了一种可行的方法(图二)。

图二 基于不同钙钛矿薄膜的电池J-V曲线和性能参数:(a)薄膜无水汽处理(b)薄膜经过水汽处理。(c)基于有无水汽处理的钙钛矿薄膜其电池的运行稳定性

该研究工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、葡京会官方网站app科学研究基金以及葡京会官方网站app分析测试中心的支持。在该论文中,葡京会官方网站app为第一通讯单位,2019级博士生刘凯凯和2020级硕士生骆妤婕为共同第一作者,谢立强副教授和魏展画教授为本文的通讯作者。


(编辑:蔡君韬)

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