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2022年12月9日，能源类顶级期刊《Energy & Environmental Science》（IF: 39.714）在线发表了武汉大学方国家/柯维俊团队的最新研究成果。论文题为“Modulation of Nucleation and Crystallization in PbI2 Films Promoting Preferential Perovskite Orientation Growth for Efficient Solar Cells”。论文第一署名单位是武汉大学物理科学与技术学院，博士生邵文龙（2021级）为第一作者，方国家教授和柯维俊教授为论文的通讯作者。 近年来，富含甲脒（FA）的铅卤钙钛矿太阳能电池（PSC）因其优异的光伏性能而备受关注。然而，通过两步顺序沉积法制得的富含FA的钙钛矿通常具有许多非辐射复合位点、非最佳的晶体取向以及过量的碘化铅（PbI2），这些都会严重降低器件性能。已有报道的工作主要聚焦于藉调控钙钛矿的形核和结晶过程来提高钙钛矿的质量。鉴于两步法对PbI2衬底的严重依赖性，PbI2薄膜的成核和结晶会影响后续钙钛矿相的形成和钙钛矿晶体的取向生长。鉴于此，研究人员提出在两步法制备钙钛矿的工艺中，使用五氟苯胺三氟甲烷磺酸盐（PFAT）来调制PbI2薄膜的成核和结晶，进而促进钙钛矿相的更早形成和择优取向生长。PFAT的掺入使得更大的PbI2团簇得以形成并提高了（001）取向PbI2的结晶度，这导致了PbI2吉布斯自由能的降低；这有利于进一步促成较大PbI2团簇的次级生长和钙钛矿相的提前形成。加了掺杂剂之后，掺杂剂的多功能官能团与碘化铅相互作用形成了更大的团簇，其中溶剂二甲基甲酰胺挥发之后留下更为多孔的结构。这种调制后的PbI2薄膜作为多孔衬底使得铵盐能够充分渗入，与PbI2充分反应，最终使得钙钛矿晶粒增大，缺陷减少，并减少了PbI2的残余。同时PFAT中的–SO3-会与未配位的Pb2+相互作用，–NH3+会贡献孤对电子去治愈钙钛矿中带正电的卤素位缺陷，从而使钙钛矿薄膜的缺陷得到抑制。最终我们的器件获得了24.52%的光电转换效率（PCE）和增强的MPP稳定性。 该工作得到国家科技部、国家自然科学基金重点项目、湖北省技术创新重大专项以及中央高校基本科研业务费等项目的支持，也受到了武汉大学电镜中心、纳米中心的支持。 论文链接：https://doi.org/10.1039/D2EE03342A

近年来硫硒化锑由于其可调的带隙(1.1-1.7 eV), 高的吸收系数(>105 cm-1)和良好的空气稳定性, 受到了广泛研究。然而硫硒化锑太阳能电池的效率仍然远低于肖克莱-奎瑟尔极限。限制其效率提升的关键因素是各种外部和内部缺陷；它们大部分位于深能级且容易形成复合中心。 这些对于器件性能的提升是不利因素因此抑制深能级缺陷的形成对于进一步提高器件性能显得非常重要。 课题组研究人员近日在《Advanced Functional Materials》期刊发表了题为“Defects passivation via potassium iodide post-treatment for antimony selenosulfide solar cells with improved performance”的文章。研究人员通过对水热法制备的硫硒化锑薄膜表面进行了不同浓度的KI乙醇溶液的100℃退火后处理, 发现当KI处理浓度为0.02 mg/mL时, 所制备的太阳能电池具有更高的开路电压、短路电流密度和填充因子,从而得到了更高的器件效率。研究人员进一步研究了使器件性能提升的原因。实验发现这种处理方法可以调节晶体的生长过程，促进了硫硒化锑薄膜的[hk1]取向生长。这有利于提高载流子的传输效率。而且处理后的薄膜具有更大的晶粒尺寸和更加清晰的晶界,有利于抑制了载流子的复合。此外处理后的器件具有更小的串联电阻、更低的反向饱和电流密度、更小的理想因子和更大的并联电阻, 表明KI表面处理后异质结的质量得到了提升。它还可以调节硫硒化锑的能带结构，有利于形成更好的能带匹配，促进载流子的抽取和传输。更重要的是，该方法可以抑制硫硒化锑中深能级反位缺陷(SbS(Se))的形成，降低吸光层中的缺陷态密度, 减少深能级复合中心的产生, 载流子的寿命得到提高。 最终，通过KI表面后处理的太阳能电池得到了9.22%的冠军效率，比没有后处理器件的效率高出12.6%。该方法也为其它硫属化物太阳能电池提供了一种新的通过表面处理抑制深能级缺陷的策略。器件制备过程如下图所示: 论文第一作者为武汉大学物理科学与技术学院博士生李佳帅；论文通讯作者为武汉大学方国家教授和陶晨研究员。 武汉大学物理科学与技术学院为唯一署名和通讯单位。 该工作得到了国家自然科学基金委员会、湖北省自然科学基金委员会、深圳基础研究项目和湖北省教育厅科研项目的资助。 论文网址:https://doi.org/10.1002/adfm.202211657  

近年来，钙钛矿材料在发光二极管领域大放异彩。其在绿光、红光、近红外的外量子效率均已突破20%，蓝光区的效率也已超过15%。然而，很少有研究关注除三基色区域以外的不常见波段，如700-750 nm的远红光波段。该波段在生物学、园艺照明、光遗传学等方面有广泛的应用。因此发展远红光钙钛矿发光二极管可以进一步提高钙钛矿发光二极管未来的应用潜力。然而影响远红光发光二极管效率的因素除了常见的缺陷外，载流子输运平衡也是不可忽略的。不平衡的载流子输运会导致载流子界面积累、激子淬灭、非辐射复合比例增加等问题。 针对上述问题，武汉大学方国家教授、柯维俊教授、陶晨研究员近日在《Laser & Photonics Reviews》期刊上发表了题为：“Balanced Charge-carrier Transport and Defect Passivation in Far-red Perovskite Light-Emitting Diodes“ 的文章。该团队通过反溶剂的方法在钙钛矿薄膜中引入TPBi（1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯）有机分子。这种方法不仅可以钝化缺陷，还可以有效平衡电子和空穴的迁移率以及使钙钛矿与电子传输层的能带更加匹配。 TPBi，作为一种n型材料，可以阻止钙钛矿层中空穴的移动以及增强电子的注入。此外，TPBi的引入可以提高钙钛矿的费米能级0.32 eV，这可以减小钙钛矿与ZnO电子传输层之间的势垒差，有效缓解界面处电荷的积累。最终，基于TPBi修饰的钙钛矿LED器件（ITO/ZnO/PEIE/perovskite/TFB/MoOx/Au）获得了14.22%的外量子效率，并且其发光峰位于735 nm。该效率是在同类器件中报道的最高效率之一。 论文共同第一作者为武汉大学物理科学与技术学院博士生王舒欣和刘永杰，论文通讯作者为武汉大学方国家教授、柯维俊教授和陶晨研究院。武汉大学为唯一署名单位和通讯单位。 该工作得到国家自然科学基金重点项目、湖北省大学生创新创业训练计划项目等项目的支持，也受到了武汉大学测试中心的支持。 论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202200871