Monthly Archives: 六月 2023

近日，Wiley 旗下的材料学顶刊Advanced Materials和Advanced Functional Materials相继刊登我院方国家与柯维俊团队有关全钙钛矿叠层太阳能电池的重要研究进展。论文的通讯作者为方国家教授和柯维俊教授，两篇论文的第一作者分别为我院科研助理黄立帅和2021级博士生管红令，论文的合作者包括我院王倜研究员和武汉工程大学郑文文等人，武汉大学为论文第一署名单位。 近年来，金属卤化物钙钛矿材料以其优异的光学和电学性能在光电子器件领域吸引了极大的关注。目前，单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经达到25.8%，接近其理论极限。为了进一步提高太阳能电池的效率，通过堆叠两个或多个具有不同光学带隙的子电池来构建多结叠层太阳能电池是一种很有前途的方法，两结的叠层电池理论效率能够达到43%。特别地，全钛矿叠层太阳能电池具有可全溶液法、可柔性化和效率高等诸多优点而备受关注，而制备高性能的全钙钛矿叠层电池需要同时实现高性能的窄带隙钙钛矿子电池和宽带隙钙钛矿子电池。 全钙钛矿的窄带隙子电池通常使用锡/铅基(Sn-Pb) 混合的钙钛矿太阳能电池。Sn-Pb混合钙钛矿需要引入Sn元素才能获得窄带隙，但是其中亚稳态的Sn2+很容易被氧化成Sn4+，从而产生p型自掺杂行为，导致载流子复合严重，从而降低太阳能电池的性能和稳定性，这是领域内当前的共性挑战问题。基于此，该工作提出了一种简便的自然氧化得到的SnOx掺杂Sn-Pb窄带隙钙钛矿。SnOx掺杂可以使Sn-Pb钙钛矿薄膜的形貌、晶体质量大大改善，并且有效减少了缺陷。更有趣的是， SnOx 掺杂还能够提高Sn-Pb钙钛矿的费米能级，有利于载流子的输运/提取，从而大大减少载流子的复合。所制备的SnOx掺杂的窄带隙钙钛矿太阳能电池的效率高达22.16%，未封装的SnOx掺杂的窄带隙钙钛矿太阳能电池也具有增强的稳定性，在充满氮气的手套箱中储存2300小时后，其可以保持约100%的初始效率。得益于高效的单结窄带隙钙钛矿太阳能电池，制备的两端全钙钛矿叠层太阳能电池的效率达到26.01%。该工作介绍了一种简单的掺杂策略，用于制造高效率的单结窄带隙钙钛矿及其叠层太阳能电池，为进一步制备效率超过30% 的叠层电池提供了新思路。论文题为“Efficient Narrow-bandgap Mixed Tin-lead Perovskite Solar Cells via Natural Tin Oxide Doping”（《利用自然氧化的氧化锡掺杂制备高效窄带隙锡铅钙混合钛矿太阳能电池》），该工作发表在Advanced Materials上，第一作者为我院科研助理黄立帅。 该工作得到了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://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202301125  

武汉大学方国家教授等：多功能的酒石酸锑钾提升宽带隙钙钛矿电池的效率和稳定性 宽带隙钙钛矿材料由于其在叠层电池的广泛应用备受关注。然而，由于光诱导的相分离和严重的非辐射复合损失，宽带隙钙钛矿太阳能电池通常表现出较大的开路电压损失。迫切需要一种多功能添加剂来协同钝化钙钛矿太阳能电池的体内、表面缺陷和调节界面能级结构，以提升器件的效率和稳定性。本文提出将酒石酸锑钾（APTA）添加到宽带隙钙钛矿前驱体中，作为多功能添加剂。其中的羧基基团能够调节钙钛矿晶体的动态生长，羧基基团与 Pb 配位，降低了铅的结合能；APTA 材料中的钾离子抑制了卤素的迁移和光照诱导的晶格膨胀；同时锑元素能够与钙钛矿发生相互作用，参与改变钙钛矿的电子结构和能带结构的调节。这样，APTA 不仅钝化了钙钛矿体内缺陷和界面缺陷，抑制了非辐射复合，提高了钙钛矿材料的载流子寿命和稳定性，还能抑制相分离，同时还改善了钙钛矿吸光层与电荷传输层之间的能级排列，从而有效地加速了载流子的提取，钙钛矿器件的迟滞现象得到有效抑制。最终，基于酒石酸锑钾材料的倒置结构宽带隙钙钛矿太阳能电池获得了20.35%的能量转换效率，器件在一个标准太阳光下连续工作1000小时后仍能保持80%的初始效率。此外，通过将半透明宽带隙钙钛矿电池与窄带隙锡-铅钙钛矿电池结合，全钙钛矿四端叠层太阳能电池实现了26.3%的效率。 Antimony Potassium Tartrate Stabilizes Wide-Bandgap Perovskites for Inverted 4-T All-Perovskite Tandem Solar Cells with Efficiencies over 26% Xuzhi Hu, Jiashuai Li, Chen Wang, Hongsen Cui, Yongjie Liu, Shun Zhou, Hongling Guan, Weijun Ke *, … Continue reading →

5月11日，Wiley 旗下的材料顶刊《先进材料》(Advanced Materials )在线发表了物理科学与技术学院方国家教授团队有关钙钛矿蓝光发光二极管(LED)的重要研究进展。论文题为“Multi-functional Additive Strategy Enables Efficient Pure-Blue Perovskite Light-emitting Diodes”（《多功能添加剂策略实现高效的纯蓝光钙钛矿LED》）。 物理科学与技术学院2020级博士生刘永杰为论文第一作者，物理科学与技术学院方国家教授、柯维俊教授、王倜研究员为通讯作者。合作者还有王舒欣、余知秋、陈国毅、王成等研究生。武汉大学物理科学与技术学院为论文唯一署名单位。 5月11日，Wiley 旗下的材料顶刊《先进材料》(Advanced Materials )在线发表了物理科学与技术学院方国家教授团队有关钙钛矿蓝光发光二极管(LED)的重要研究进展。论文题为“Multi-functional Additive Strategy Enables Efficient Pure-Blue Perovskite Light-emitting Diodes”（《多功能添加剂策略实现高效的纯蓝光钙钛矿LED》）。 物理科学与技术学院2020级博士生刘永杰为论文第一作者，物理科学与技术学院方国家教授、柯维俊教授、王倜研究员为通讯作者。合作者还有王舒欣、余知秋、陈国毅、王成等研究生。武汉大学物理科学与技术学院为论文唯一署名单位。 有机无机杂化铅卤钙钛矿在发光方面表现出卓越的性能，三基色中的红光和绿光发射器件的外量子效率已经超过了20%。然而，实现465-475 nm纯蓝光发射的高性能钙钛矿LED仍然是一个巨大的挑战。鉴于此，2023年武汉大学王倜&柯维俊&方国家于AM刊发多功能添加剂策略可实现高效的纯蓝光钙钛矿LED的研究成果。通过在准二维p-F-PEA2Csn−1Pbn(Br, Cl)3n+1钙钛矿多晶薄膜中添加溴化苯乙胺(PEABr)和苯乙胺三氟乙酸盐(PEATFA)优化钙钛矿薄膜，具有更低吸附能的PEA+阳离子的添加能够有效调控多晶钙钛矿薄膜中的低维n值相分布，极大地改善准二维钙钛矿薄膜内的电荷传输；TFA-阴离子中的C=O基团和钙钛矿晶格相互作用钝化表面缺陷从而大大提升了薄膜的荧光量子效率；由于TFA-中C=O基团和钙钛矿的结合导致-CF3基团暴露在外侧，在钙钛矿薄膜外层形成了一层具有明显指向性的偶极子，从而抬升了薄膜的费米能级，降低了器件工作过程中电子注入势垒。因此，优化后的器件在 468 nm处表现出11.87%的最大外量子效率，并具有稳定的光谱输出，这是迄今为止报道的纯蓝光钙钛矿LED的最高值。除量子点方式制备蓝光钙钛矿LED以外，这项研究为制备高效纯蓝光LED提供了新的思路和解决方案。 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。   论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202302161 有机无机杂化铅卤钙钛矿在发光方面表现出卓越的性能，三基色中的红光和绿光发射器件的外量子效率已经超过了20%。然而，实现465-475 nm纯蓝光发射的高性能钙钛矿LED仍然是一个巨大的挑战。鉴于此，2023年武汉大学王倜&柯维俊&方国家于AM刊发多功能添加剂策略可实现高效的纯蓝光钙钛矿LED的研究成果。通过在准二维p-F-PEA2Csn−1Pbn(Br, Cl)3n+1钙钛矿多晶薄膜中添加溴化苯乙胺(PEABr)和苯乙胺三氟乙酸盐(PEATFA)优化钙钛矿薄膜，具有更低吸附能的PEA+阳离子的添加能够有效调控多晶钙钛矿薄膜中的低维n值相分布，极大地改善准二维钙钛矿薄膜内的电荷传输；TFA-阴离子中的C=O基团和钙钛矿晶格相互作用钝化表面缺陷从而大大提升了薄膜的荧光量子效率；由于TFA-中C=O基团和钙钛矿的结合导致-CF3基团暴露在外侧，在钙钛矿薄膜外层形成了一层具有明显指向性的偶极子，从而抬升了薄膜的费米能级，降低了器件工作过程中电子注入势垒。因此，优化后的器件在 468 nm处表现出11.87%的最大外量子效率，并具有稳定的光谱输出，这是迄今为止报道的纯蓝光钙钛矿LED的最高值。除量子点方式制备蓝光钙钛矿LED以外，这项研究为制备高效纯蓝光LED提供了新的思路和解决方案。 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。   论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202302161