材料科學(xué)系梁子騏課題組在ACS Energy Letter發(fā)表鹵化物錫基鈣鈦礦的綜述
近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦型太陽能電池發(fā)展迅猛，其認(rèn)證效率和器件工作穩(wěn)定性已分別突破25%和10,000小時(shí)，并憑借較晶體硅電池更低廉的原料成本和簡便的制備工藝成為第三代薄膜太陽能電池中的佼佼者。現(xiàn)階段其工業(yè)化生產(chǎn)的最大障礙為鉛（Pb）組分的毒性。在多種鈣鈦礦衍生結(jié)構(gòu)中，錫（Sn）基鈣鈦礦憑借其媲美Pb基鈣鈦礦的光電性質(zhì)脫穎而出，然而該材料受限于Sn2+較差的熱力學(xué)穩(wěn)定性和前驅(qū)體成膜不可控性，器件制備的重復(fù)性和效能均面臨挑戰(zhàn)。因此，目前多數(shù)工作聚焦于優(yōu)化Sn基鈣鈦礦薄膜/器件制備工藝和改善其環(huán)境穩(wěn)定性，而缺乏對薄膜形成動力學(xué)、界面工程和器件性能之間構(gòu)效關(guān)系的梳理與總結(jié)。
近日，復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系梁子騏教授、博士研究生嚴(yán)亞杰，與瑞典隆德大學(xué)Tõnu Pullerits院士、丹麥科技大學(xué)鄭凱波副教授合作，在ACS Energy Letters上發(fā)表了關(guān)于錫基鹵素鈣鈦礦光電研究的進(jìn)展綜述(DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00577)。
基于非鉛鈣鈦礦光電領(lǐng)域的發(fā)展歷程，該綜述首先闡述了Sn基鈣鈦礦的組成分類及基本光電特性；隨后著重論述了其電子結(jié)構(gòu)、光物理和老化降解過程的微觀機(jī)制，闡明了影響Sn基鈣鈦礦穩(wěn)定性和器件性能的關(guān)鍵因素；結(jié)合上述機(jī)理，歸納并討論了提高各類Sn基光電器件效能和穩(wěn)定性的策略，主要包括：1）論述了鹵化亞錫型、路易斯酸堿型和抗氧化劑型添加劑的生效模式及其對Sn基鈣鈦礦成膜過程和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響（圖a）；2）歸納了ABX3型Sn基鈣鈦礦不同離子組分的選擇對其本征結(jié)構(gòu)、光電性質(zhì)和穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)作用（圖b）；3）明晰了多種良（反）溶劑在調(diào)控Sn基鈣鈦礦結(jié)晶動力學(xué)過程中的重要作用（圖c）；4）指明了相工程/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是提高Sn基鈣鈦礦光電器件穩(wěn)定性和性能的重要發(fā)展方向（圖d）；5）強(qiáng)調(diào)了界面工程在改善Sn基鈣鈦礦光生激子拆分和載流子輸運(yùn)過程中的重要地位（圖e）；6）介紹了當(dāng)前各類高精度、重復(fù)性和可控性的先進(jìn)Sn基鈣鈦礦制備策略（圖f）。進(jìn)一步，對比了不同策略所對應(yīng)的光伏器件效率效率與穩(wěn)定性（圖g），直觀地展示了其發(fā)展?jié)摿吞嵘臻g。最后，自下而上從本征組分/結(jié)構(gòu)調(diào)控、合成/制備工藝和器件界面優(yōu)化角度展望了Sn基鈣鈦礦光電器件的未來發(fā)展趨勢，為該領(lǐng)域的發(fā)展提供了科學(xué)指導(dǎo)和依據(jù)。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsenergylett.0c00577
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