[中国科学院科技产业网]我国科学家制备出高效高稳定的二维钙钛矿光伏器件作为新一代薄膜太阳能电池的代表性材料

作为新一代薄膜太阳能电池的代表性材料，钙钛矿的毒性及对水氧的敏感性严重阻碍了其商业化进程。近年来，二维（2D）Sn基无铅钙钛矿因其出色的稳定性和低毒性，成为3D钙钛矿的替代材料。
但由于二维材料结构的特殊性，电子或空穴受量子尺寸效应限制，其寿命和迁移率远低于3D结构，因而其器件光电转化效率明显低于3D钙钛矿。这种稳定性与高效率之间的矛盾成为实际应用的一个难题。
【[中国科学院科技产业网]我国科学家制备出高效高稳定的二维钙钛矿光伏器件】最近，在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中科院化学研究所绿色印刷重点实验室科研人员与郑州大学合作，成功地将疏水性有机分子1,4-丁二胺引入到Sn基无铅钙钛矿中，合成了一系列具有Dion-Jacobson相的准二维钙钛矿。
如下图所示，具有典型准二维结构的(BEA)FA2Sn3I10钙钛矿结构对称性较好，光吸收窗口与三维相比并没有明显减少，并具有合适的禁带宽度。第一性原理计算表明， (BEA)FA2Sn3I10具有大的形成能（106j/mol），结构稳定。

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单晶(BEA)FA2Sn3I10的合成，晶体结构及第一性原理计算
另外， (BEA)FA2Sn3I10薄膜致密性良好，载流子限域作用并不明显，结合一维扩散方程，计算出的电子扩散长度为450nm ，空穴扩散长度为360nm ，载流子迁移率为14.4cm2V-1S-1 。
利用该(BEA)FA2Sn3I10薄膜制备出的太阳能电池，光电转换效率高达6.34% ，是目前报道的Dion-Jacobson相的准二维钙钛矿太阳能电池的最高值。更为重要的是，在自然条件下，未封装的器件经过1000小时的老化，效率仅仅衰减8% 。
另外，在光照稳定性测试中发现，经过200小时，器件效率仍有90%以上。通过这种新型低维无铅钙钛矿结构设计，同时实现了高效率和稳定性的钙钛矿太阳能电池，对推动钙钛矿太阳能电池的实际应用具有重要意义。
该研究成果近日发表于《德国应用化学》（AngewandteChemieInternationalEdition）上，通讯作者是化学所研究员宋延林和郑州大学博士张懿强，第一作者是博士生李鹏伟。
来源：化学研究所