暨南大學唐群委團隊Angew Chem Int Ed：釋放界面應力提升無機CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓至1.70 V

引言

近十年來，鈣鈦礦太陽能電池迅猛發展，其光電轉化效率已由最初的3.8%提升至25.2%，但穩定性是阻礙其商業化的瓶頸之一。采用全無機CsPbBr₃鈣鈦礦作為吸光層顯著改善了器件穩定性，但由于高純CsPbBr₃鈣鈦礦制備困難、界面電荷復合嚴重、吸光吸收范圍窄等問題導致電池效率仍然較低。

成果簡介

近日，暨南大學唐群委教授團隊針對器件界面間的應力問題，通過構建WS₂/CsPbBr₃范德華異質結，釋放CsPbBr₃鈣鈦礦薄膜的拉應力，減小了鈣鈦礦與電子傳輸層之間的界面電荷損失，將碳基全無機鈣鈦礦太陽能電池器件的開路電壓提升至1.70V。另外，由于拉應力的釋放，降低了鈣鈦礦薄膜內部的離子遷移，使得器件穩定性得到明顯提高。相關成果以題目“Interfacial Strain Release from WS₂/CsPbBr₃ van der Waals Heterostructure for 1.7 V-Voltage All-Inorganic Perovskite Solar Cells”發表在化學和材料領域頂級刊物Angewandte Chemie International Edition雜志上，周青偉博士后為第一作者，段加龍副教授和唐群委教授為文章的通訊作者。

圖文簡介

圖一 WS₂/CsPbBr₃范德華異質結的構建示意圖

（a-c）WS₂納米片的形貌結構。

（d-f）WS₂與CsPbBr₃鈣鈦礦的晶格結構以及異質結生長示意圖。

圖二 異質結對界面應力的影響

（a）、（b）鈣鈦礦薄膜的形貌。

（c）鈣鈦礦薄膜的XRD圖。

（d-f）鈣鈦礦薄膜的應力表征。

（g）應力釋放示意圖。

圖三 器件的光伏性能

（a）鈣鈦礦電池的結構圖以及SEM斷面圖。

（b）電池器件的J-V曲線。

（c）電池器件的穩態輸出。

（d）電池器件的IPCE曲線。

（e）電池器件的效率分布圖。

（f）電池器件的內建電場測試。

（g）缺陷態密度的表征。

（h）電荷提取速率以及轉移表征（PL圖譜）。

圖四 電池的穩定性能

（a-c）器件的離子遷移表征。

（d-e）電池在持續光照以及RH = 80%，T = 80 ^oC下的穩定性。

該研究得到博士后基金（2019M650231, 2019M663379），中央高校基本科研專項資金（21620348, 21618409, 21619311），國家自然科學基金項目(61774139, U1802257)，廣東省自然科學基金項目（2019B151502061, 2020A1515011123）的支持。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202010252

本文由暨南大學唐群委教授團隊供稿。