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陳煒教授課題組長期從事新型太陽能電池材料和器件應(yīng)用方面的研究工作，近年來在鈣鈦礦太陽能電池方面取得了突出研究成果，2023年4月27日、2023年7月3日分別發(fā)表了兩項(xiàng)最新研究成果。

成果一

2023年4月27日，華東理工大學(xué)吳永真教授、朱為宏教授，吉林大學(xué)張立軍教授，波茨坦大學(xué)Martin Stolterfoht教授，華中科技大學(xué)陳煒教授為共同通訊作者，在Science上發(fā)表題為“Minimizing buried interfacial defects for efficient inverted perovskite solar cells”的研究論文，華東理工大學(xué)博士生張碩和葉方圓、吉林大學(xué)博士生王嘯宇以及華中科技大學(xué)陳銳博士為論文共同第一作者。

該研究創(chuàng)新引入氰基膦酸單元，發(fā)展雙親性小分子空穴傳輸材料，通過動(dòng)態(tài)自組裝構(gòu)筑有序、超薄、表面超浸潤層，“一石二鳥”完美解決了器件應(yīng)用中載流子輸運(yùn)和界面缺陷控制兩大難題，封裝的1平方厘米太陽能電池具有23.4%的功率轉(zhuǎn)換效率和高操作和濕熱測試穩(wěn)定性。

成果二

2023年7月3日，華中科技大學(xué)陳煒教授團(tuán)隊(duì)在Nature Energy上發(fā)表題為“Reduction of bulk and surface defects in inverted methylammonium- and bromide-free formamidinium perovskite solar cells”的研究論文，陳銳博士為第一作者，該研究通過同時(shí)提高FA0.98Cs0.02PbI3鈣鈦礦薄膜的本體和表面的質(zhì)量縮小了效率差距。

首先，使用路易斯堿添加劑二丁基亞砜來提高鈣鈦礦塊體的結(jié)晶度并降低缺陷密度和內(nèi)部殘余應(yīng)力；然后，用三氟碳改性苯乙基碘化銨處理鈣鈦礦薄膜的表面，以優(yōu)化能級(jí)，鈍化缺陷并保護(hù)薄膜不受潮；在倒置 PSC 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 25.1% 的效率（來自第三方機(jī)構(gòu)測量的反向電流-電壓掃描的效率為 24.5%）和更高的穩(wěn)定性，這些器件在連續(xù)太陽AM1.5G照明下運(yùn)行1800 h和濕熱條件（85 °C和85%相對濕度）下運(yùn)行1000 h后，分別保持了97.4%和98.2%的初始功率轉(zhuǎn)換效率。

鈣鈦礦薄膜晶體生長的調(diào)節(jié)

通過掃描電子顯微鏡研究了不同DBSO添加劑含量（0%、5%、10%和20%，摩爾比為PbI2）對鈣鈦礦薄膜形貌和晶體尺寸的影響，結(jié)果表明，DBSO誘導(dǎo)形成了新的結(jié)晶中間相，促進(jìn)了α相鈣鈦礦的形成。

鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量表征

采用掠入射XRD測試了不同DBSO含量得到的鈣鈦礦薄膜在50 nm和200 nm深度區(qū)域的殘余應(yīng)力；采用穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光PL和瞬態(tài)PL光譜評(píng)估了不同DBSO添加劑含量制備的鈣鈦礦薄膜的無輻射載流子復(fù)合行為；利用飛秒瞬態(tài)吸收光譜分析了添加DBSO和未添加的鈣鈦礦薄膜中的載流子動(dòng)力學(xué)。

結(jié)果表明，使用適當(dāng)?shù)腄BSO負(fù)載量可以有效地釋放薄膜內(nèi)的殘余應(yīng)力，并降低缺陷密度，這歸因于該添加劑調(diào)節(jié)鈣鈦礦晶體生長的能力。這些效應(yīng)抑制了電荷載流子的非輻射復(fù)合，提高了載流子壽命。

鈣鈦礦表面鈍化的影響

設(shè)計(jì)了含有不同氟碳CF3官能團(tuán)的苯乙基碘化銨PEAI衍生物作為表面修飾試劑，進(jìn)一步鈍化鈣鈦礦薄膜中的缺陷。全景環(huán)視系統(tǒng)的SEM照片顯示，經(jīng)過PEAI、CF3-PEAI和2CF3-PEAI修飾后的鈣鈦礦薄膜的表面形貌沒有明顯變化。

為了進(jìn)一步確定上述鈍化劑在鈣鈦礦上的狀態(tài)，該研究對PEAI、CF3-PEAI和2CF3-PEAI處理的鈣鈦礦薄膜進(jìn)行了TA光譜測試，以準(zhǔn)確識(shí)別相應(yīng)的鈣鈦礦薄膜中是否形成了2D相鈣鈦礦。兩種鈣鈦礦薄膜均在580 nm左右出現(xiàn)n=2低維鈣鈦礦的特征峰，可將少數(shù)載流子阻擋在界面/表面。

通過紫外光電子能譜UPS和紫外-可見吸收光譜UV-vis測量進(jìn)一步研究了這一問題。

PSC的光伏性能和運(yùn)行穩(wěn)定性

盡管所制備的器件的效率仍然略低于最好的常規(guī)PSCs，但該工作的倒置PSCs的實(shí)測工作壽命要長得多，這表明倒置PSCs在同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率和長期運(yùn)行穩(wěn)定性方面的潛在優(yōu)勢。
除了提高器件的使用壽命外，器件的濕熱穩(wěn)定性也按照IEC61215標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了測試，結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了具有最低缺陷密度、降低內(nèi)部殘余應(yīng)力和較高表面疏水性的接近理想的鈣鈦礦薄膜對器件穩(wěn)定性的顯著影響。 

原標(biāo)題：鈣鈦礦太陽能電池最新NatureEnergy，4月該團(tuán)隊(duì)剛發(fā)完Science