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2022年3月28日，Wiley 旗下的能源旗舰期刊Advanced Energy Materials 在线发表了我课题组有关钙钛矿太阳能电池研究的重要研究进展。论文题为“Internal Encapsulation for Lead Halide Perovskite Films for Efficient and Very Stable Solar Cells”（《内封装铅卤钙钛矿薄膜制备高效稳定的太阳能电池》）。 物理科学与技术学院助理研究员葛艳松为论文第一作者，武汉大学物理科学与技术学院/人工微结构教育部重点实验室为论文的唯一署名单位。 在提倡“碳达峰、碳中和”理念的今天，光伏产业得到了蓬勃的发展，作为新生代的第三代太阳能电池——钙钛矿太阳能电池，经过数十年的发展，目前单结电池最高认证光电转换效率已经高达25.7%，这一光电转换效率已经让研究者看到了钙钛矿电池商业化应用的曙光，然而钙钛矿电池的稳定性问题却一直制约着钙钛矿电池的商业化应用。 传统的外部封装技术作为一种直接的工艺手段，可一定程度地阻隔空气中的水氧从而提高钙钛矿电池的环境稳定性。然而由电池内部的缺陷、离子迁移和扩散导致的不可逆光降解是传统外部封装所不能解决的。因此本文提出了一种具有双界面修饰的内封装策略，全方位地钝化缺陷和减少离子迁移通道来抑制碘离子迁移。即一方面在二氧化锡电子传输层表面旋涂一层氯化铌然后低温退火形成含氯的五氧化二铌。含氯的五氧化二铌不仅能为钙钛矿吸光层与二氧化锡电子传输层提供一个更好的能级阶梯结构；同时氯能与钙钛矿下界面未配位的铅相互作用成键，钝化钙钛矿下界面缺陷形成更贯穿更大的钙钛矿晶粒；还可以减少钙钛矿体相和表面的残余碘化铅，从而实现钙钛矿的底层封装。另一方面再在钙钛矿表面旋涂一层正丁基溴化铵形成二维钙钛矿，进一步减少表面缺陷和残余碘化铅，从而同时实现对钙钛矿的顶层封装。通过器件优化，最终获得24%的光电转换效率，同时器件在经过1000小时最大功率跟踪测试（55℃温度下持续光照）后仍能保持88%的初始效率。 这一内封装方式丰富了钙钛矿太阳能电池的封装策略，为制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了一种新思路。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、湖北省科技厅等项目的资助。 文章链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202200361  

2022年3月11日，Journal of Materials Chemistry C（《材料化学杂志C》）在线发表了课题组有关氧化锌/氧化镓/氧化亚铜梯度异质结光电器件的重要研究进展，论文题为“Enhanced photo-response performance of Cu2O-based graded heterojunction optoelectronic devices with Ga2O3 buffer layer” （《通过Ga2O3缓冲层提升Cu2O基梯度异质结的光响应性能》）。物理学院2019级博士生肖蒙为论文第一作者，物理学院方国家教授、何进副教授为通讯作者，武汉大学物理科学与技术学院为论文第一署名单位。 氧化亚铜（Cu2O）是一种元素储量丰富且无毒的p型半导体，直接带隙约为2 eV，适用于可持续发展的光伏电池与光电探测器。然而，由于Cu2O的导带能级较高，与大多数n型半导体材料能级不匹配，这限制了Cu2O基高效光电子器件的发展。 这这项工作中，通过结合脉冲激光沉积（PLD）制备的Ga2O3缓冲层，我们首次将ZnO/Ga2O3/Cu2O梯度异质结引入光电探测器的制备。通过改变通入氧气的压强，Ga2O3薄膜的带隙4.1eV-5.5eV）、费米能级和光学性质可以调节。采用开尔文探针力显微镜（KPFM）对ITO/ZnO/Ga2O3界面之间的费米能级分布进行了研究，直观地展示了其费米能级之间的梯度排列。具有梯度能带的异质结被证实可有效加速Cu2O基薄膜光电探测器中的电荷传输，同时也能够抑制载流子复合，提高了Cu2O基光电器件的性能。该探测器具有快的光响应速度（1 ms）、好的线性度（120 dB）和优异的长期稳定性。 该工作的研究结果为提高基于Cu2O的光伏和光探测器件的性能提供了一种良好的策略。该研究得到了国家高技术研究与发展计划、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金的支持。文章链接：https://doi.org/10.1039/D2TC00652A  

方国家、柯维俊等 科学出版社 能源是人类赖以生存和发展的物质基础，当前能源短缺和全球变暖引发的各类社会和环境危机正在加剧。在国家碳达峰、碳中和的战略背景下，人类社会的可持续发展迫切需要开发新技术和更加高效地利用可再生清洁能源。太阳能是地球上能源的主要来源，所有可再生能源除地热能和潮汐能外都直接或间接地转化自太阳，因此太阳能的利用是未来发展的一个重要方向。近年来有机无机杂化金属卤化物钙钛矿光伏电池得到高速发展，有望实现产业化应用。 SnO2除了可以用作透明电极，其优异的光电性能也使它成为薄膜太阳能电池中理想的电子传输层的候选者之一。金红石结构的 SnO2 具有直接带隙，带隙值通常为 3.5 ∼4.0 eV。其导带底通常位于 -4.5 eV，与大部分薄膜太阳能电池的吸光层材料能级匹配，有利于得到高质量的 p-n 结。同时， SnO2 的导带能级主要来源于 Sn 5p 与 O 2p 轨道的相互作用，具有较大的色散度和低的电子有效质量，这赋予了 SnO2 高的电子迁移率 (可达 240 cm2/(V·s))，有利于其在薄膜太阳能电池器件中快速抽取光生载流子。而 SnO2 的价带顶则主要由 O 的 p 轨道构成，通常位于较深的 -9 eV，如此深的价带能级对其在太阳能电池器件中阻挡界面复合也起到了关键作用。此外， SnO2 较低的亲水性和较高的酸性反应惰性也使其在采用了环境敏感型吸光层材料的薄膜电池中更具优势，比如，目前大部分高效率的钙钛矿太阳能电池都采用了 SnO2 作为电子传输材料。而其制备方法多样、可低温溶液法制备等优点也使其在柔性电池领域占据一席之地。 因而急需对这样一种重要材料的特性和制备方法及应用加以系统的总结，以便于同行研究者及从业者参考。 氧化锡与钙钛矿太阳能电池 … Continue reading →