我校物質(zhì)學(xué)院寧志軍助理教授所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)日前在非鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究方面取得了重要進(jìn)展，成功研發(fā)出一種低維度高取向性的錫基鈣鈦礦材料，顯著提高了錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性。該項(xiàng)成果以“Highly-oriented low-dimensionaltin halide perovskites with enhanced stability and photovoltaic performance”為題在知名學(xué)術(shù)期刊《Journal of the American ChemicalSociety》上在線(xiàn)發(fā)表。

近年來(lái)，鈣鈦礦電池因轉(zhuǎn)換效率高、成本低、制作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為最有潛力的新一代太陽(yáng)能電池。然而，鉛的毒性問(wèn)題卻始終阻礙著含鉛鈣鈦礦電池的推廣使用。因此，無(wú)鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究近年來(lái)備受矚目，其中又以錫基鈣鈦礦電池的發(fā)展最為迅速。然而，錫鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展一直受到錫鈣鈦礦穩(wěn)定性問(wèn)題的限制，如何提高材料的穩(wěn)定性是其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵，也是相關(guān)技術(shù)研發(fā)工作的難點(diǎn)所在。

寧志軍課題組在研究中通過(guò)摻入苯乙胺分子，制備了低維錫基鈣鈦礦薄膜。理論計(jì)算證明，這種低維結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料具有較高的熱穩(wěn)定性，同時(shí)有機(jī)大分子層可以保護(hù)其內(nèi)部的錫鈣鈦礦，有效避免其與氧氣接觸，從而大幅提高了材料的穩(wěn)定性。此外，通過(guò)對(duì)鈣鈦礦薄膜生長(zhǎng)條件的精細(xì)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了垂直于基底的定向生長(zhǎng)，使得載流子在鈣鈦礦層內(nèi)傳輸時(shí)不受低維結(jié)構(gòu)的影響，保留了鈣鈦礦優(yōu)異的載流子傳輸性質(zhì)。

在此基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步制備了效率較高（~6%）且穩(wěn)定性較好的太陽(yáng)能電池器件，在手套箱中放置100小時(shí)沒(méi)有明顯的衰減。審稿人表示，該工作是錫基鈣鈦礦光伏器件的一個(gè)重要進(jìn)展，對(duì)錫基鈣鈦礦光伏器件的發(fā)展具有重要意義。

該論文的第一作者是物質(zhì)學(xué)院2014級(jí)碩士研究生廖宇勤，共同第一作者是訪(fǎng)問(wèn)學(xué)生劉翮飛，共同通訊作者是寧志軍和吉林大學(xué)張立軍教授，第一完成單位是上科大。張立軍課題組進(jìn)行了理論計(jì)算方面的工作，物質(zhì)學(xué)院米啟兮團(tuán)隊(duì)以及多倫多大學(xué)的團(tuán)隊(duì)也參與了該項(xiàng)研究。毗鄰上科大的上海同步輻射光源為該研究提供了材料結(jié)構(gòu)表征的平臺(tái)。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上科大科研啟動(dòng)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金和上海市科委的支持。

文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b01815

a.取向生長(zhǎng)的低維鈣鈦礦示意圖    b.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率和穩(wěn)定性跟蹤曲線(xiàn)