毕冬勤教授课题组在一维@三维有机杂化钙钛矿太阳能电池领域取得进展

       近年来，金属有机杂化卤化物钙钛矿太阳电池（PSCs）的快速发展引起了越来越多的关注。短短十二载，PSCs的能量转换效率（PCE）已从2009年的3.8%提升至现在的25.5%，被广泛认为是下一代光伏技术的理想候选者，然而PSCs器件的长期稳定性仍是其商业化进程中难以突破的一大瓶颈。目前，研究学者们在提升PSCs的稳定性方面做了诸多努力并取得了一定进展，如添加剂工程，界面工程，维度调控，封装技术等。其中，通过引入疏水性的大体积有机胺阳离子在钙钛矿膜体内或表面形成“低维@三维（0/1/2D@3D）钙钛矿异质结”被证明是一种十分有效的策略。与广泛报道的2D@3D PSCs相比，开发新型高效稳定的1D@3D PSCs仍鲜有报道。

       近期，毕冬勤团队报道了一种基于2-氯代三乙胺阳离子 (DEAEC⁺)的新型一维（1D）钙钛矿DEAECPbI₃，其具有共面连接的[PbI₆]^4-八面体结构，这有助于降低在钙钛矿价带顶部占主导地位的 6s² (Pb²⁺) 或 5s² (Sn²⁺) 轨道能量，获得更好的环境稳定性。通过将其引入3D钙钛矿前驱溶液以制备1D@3D钙钛矿，发现1D钙钛矿会优先形成并作为模板进一步辅助3D钙钛矿晶核的生长，从而可以提高薄膜的结晶度，促进电荷传输并释放3D钙钛矿薄膜中的残余拉伸应变，提高PSCs的效率和稳定性。优化后的1D@3D PSCs获得了22.9%的PCE, 对应1.22V的高开路电压。此外，未封装的PSCs分别在环境空气、85°C 和光照条件下均表现出优异的稳定性。

图1. (a-c) DEAECPbI3 钙钛矿的晶体结构图。(d) DEAECPbI3 晶体的XRD曲线。（e）1D@3D钙钛矿薄膜的XRD曲线。（f）晶面（001）/（011）的XRD峰强度比。（g）钙钛矿薄膜在不同温度下退火的XRD图谱。(h) DEAECCl、DEAECCl+PbI2、DEAECCl+FAI、FAI+PbI2和FAI在DMSO-d6溶液中的1H NMR谱。 (i-l) 不同DEAECCl添加量下的钙钛矿薄膜表面SEM图。(m) 1D@3D钙钛矿的HRTEM 图

图2. (a-c) 不同倾斜角下的 GIXRD 光谱和 (c) 钙钛矿薄膜的 2θ-sin2(ψ) 线性拟合。 (d) 1D@3D钙钛矿薄膜的模板化生长过程示意图

       相关成果以“Perovskitoid-templated formation of a 1D@3D perovskite structure toward highly efficient and stable perovskite solar cells”为题发表在国际著名学术期刊Advanced Energy Materials上（DOI: 10.1002/aenm.202101018）。2019级博士研究生孔腾飞为论文的第一作者，毕冬勤教授和课题组博士后Eng Liang Lim为共同通讯作者，ok138cn太阳集团为论文第一单位。该研究工作受到国家自然科学基金和国家重点研究发展计划基金的支持。

论文链接：
https://doi.org/10.1002/aenm.202101018

初审：黄艳月

审核：田雪林、许俊卿

审核发布：李伯军