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暨南大学唐群委团队Angew Chem:WS2/CsPbBr3范德华异质结释放界面应力提升全无机钙钛矿太阳能电池性能

近年来,钙钛矿薄膜中的残余应力被认为是影响其载流子动力学和器件稳定性的重要因素。钙钛矿太阳能电池(PSC)器件中的多层界面由于不同的热膨胀系数(α),在热退火过程中会受到压缩或拉伸应变的影响。由于钙钛矿的α值比金属氧化物电子传输层高一个数量级,因此在加热结晶并降到室温后,会在钙钛矿薄膜界面附近产生热诱导的拉应力,增加界面电荷复合,进而削弱电荷转移,同时加速钙钛矿的降解,影响器件稳定性。考虑到无机钙钛矿结晶温度较高(CsPbBr3在250 ℃以上,CsPbI3在300 ℃以上),而应变与温度梯度成正比,故无机PSC器件中钙钛矿会形成更大的拉伸应变。因此,界面应力调节对无机PSC器件光电性能和稳定性影响巨大。


近日,暨南大学唐群委教授(点击查看介绍)团队针对全无机PSC器件界面间的应力问题,通过在电子传输层与CsPbBr3界面中引入二维WS2层状材料,构建WS2/CsPbBr3范德华异质结,利用晶格匹配的范德华外延生长以及WS2的二维层状结构特点,生长高质量的CsPbBr3钙钛矿薄膜,同时释放其界面应力,减小钙钛矿层与电子传输层之间的界面电荷损失,将碳基全无机PSC器件的效率从9.27%提升到10.65%,同时开路电压提升至1.70 V,是迄今文献报道的单结太阳电池的最高开路电压。另外,钙钛矿薄膜中拉应力的释放,也会降低钙钛矿薄膜内部的离子迁移,使得器件稳定性得到明显提高,未封装的器件在10000 s的长时间光照射和在温度25 ℃、相对湿度80%的空气条件下保存120天以上后,都能保持80%以上的器件效率,具有优秀的长期稳定性。该工作为高性能PSC器件以及其他光电器件中应力释放的高质量钙钛矿薄膜的制备提供了新的视角。


这一成果近期发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上,周青伟博士后为第一作者,段加龙副教授和唐群委教授为文章的通讯作者。


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Interfacial Strain Release from WS2/CsPbBr3 van der Waals Heterostructure for 1.7 V-Voltage All-Inorganic Perovskite Solar Cells

Qingwei Zhou, Jialong Duan*, Xiya Yang, Yanyan Duan, Qunwei Tang*

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202010252


导师介绍


唐群委,博士,暨南大学信息科学技术学院教授,博士生导师。主要从事新型太阳能电池和纳米发电机的研究,以第一或通讯作者发表在Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、ACS Nano、Nano Energy 等国际权威杂志发表SCI学术论文200余篇,SCI引用7000余次,H-index=46;以第一完成人获教育部科学技术奖二等奖1项,山东省高等学校科学技术奖自然科学奖一、二、三等奖各1项,青岛市自然科学奖二等奖2项,以第三完成人获江西省自然科学奖二等奖1项;承担国家自然科学基金云南联合基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、广东省杰出青年基金项目、山东省杰出青年基金项目等近20项课题;以第一著作人出版《光电子材料与器件专著》1部并入选“十二五”国家重点图书出版规划项目,在Wiley出版社出版英文著作1章;获授权国家发明专利22件;多项研究成果被中央电视台、新华社、科技日报、科技部等权威媒体和机构报道。


https://www.x-mol.com/university/faculty/49897


段加龙,博士,暨南大学信息科学技术学院副教授,硕士生导师。主要从事全无机钙钛矿太阳能电池的研究,以第一或通讯作者在Angewandte Chemie International Edition(IF:12.257,5篇)、Advanced Energy Materials(24.884,1篇)、Nano Energy(IF:15.548,2篇)、Journal of Materials Chemistry A(IF:10.733,4篇)、Small(IF:10.856,1篇)等杂志发表SCI论文39篇,论文总引用1500余次,出版专著两部,获授权国家发明专利4件。


https://www.x-mol.com/university/faculty/113205


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