近日，Nature Communications（《自然•通訊》）在線發(fā)表了武漢大學(xué)方國(guó)家教授課題組和東莞理工學(xué)院周海特聘教授課題組關(guān)于純碘全無(wú)機(jī)錫鉛鈣鈦礦量子點(diǎn)的最新研究成果。  

近年來，全無(wú)機(jī)鹵化物鈣鈦礦量子點(diǎn)因其優(yōu)異的光物理特性以及低成本的溶液法制備，在光電器件領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于熱非平衡導(dǎo)致的相轉(zhuǎn)變（亞穩(wěn)態(tài)光活性鈣鈦礦相轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的非鈣鈦礦黃相），純碘全無(wú)機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)的室溫合成仍然極具挑戰(zhàn)性。另外，室溫下該類鹵化物晶體在非極性溶劑中的結(jié)晶速率非常快，極易形成較大尺寸的非鈣鈦礦相晶體。該項(xiàng)研究通過采用一個(gè)全新的室溫反應(yīng)體系，在貧Cs的反應(yīng)環(huán)境中簡(jiǎn)便快速地實(shí)現(xiàn)純碘全無(wú)機(jī)錫鉛混合鈣鈦礦（CsSnxPb1-xI3）量子點(diǎn)的強(qiáng)限域自發(fā)結(jié)晶，其膠體溶液表現(xiàn)出明亮的黃光發(fā)射。通過改變Cs前驅(qū)體的用量，可以進(jìn)一步調(diào)控產(chǎn)物的形貌尺寸和光學(xué)帶隙。與相同工藝制備的本征CsPbI3量子點(diǎn)相比，CsSn0.09Pb0.91I3鈣鈦礦量子點(diǎn)顯示出優(yōu)異的黃光發(fā)射性能、延長(zhǎng)的載流子壽命以及增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這主要得益于量子點(diǎn)強(qiáng)的量子尺寸效應(yīng)、亞錫離子的鈍化效應(yīng)以及提高的缺陷形成能。此外，該室溫強(qiáng)限域合成技術(shù)同樣適用于寬帶隙溴基和氯基全無(wú)機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)以及碘基有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦量子點(diǎn)的制備，具有很好的普適性。

該工作開創(chuàng)了純碘全無(wú)機(jī)錫-鉛混合鈣鈦礦量子點(diǎn)在室溫環(huán)境中的可控合成，豐富了該類鈣鈦礦量子點(diǎn)的合成途徑，填補(bǔ)了相關(guān)研究的空白。

另悉，3月7日，Advanced Materials（《先進(jìn)材料》）在線發(fā)表了武漢大學(xué)方國(guó)家教授課題組、澳門大學(xué)邢貴川、廖金鳳教授課題組以及西安交通大學(xué)梁超教授課題組關(guān)于刮涂寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最新研究成果。

論文題為“IntermediatePhase Suppression with Long Chain Diammonium Alkane for High Performance Wide-Bandgap and Tandem Perovskite SolarCells”（《長(zhǎng)鏈烷烴二銨抑制高性能寬帶隙和疊層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的中間相》）。賈朋碩士生為第一作者，方國(guó)家教授、柯維俊教授、廖金鳳教授和梁超教授為共同通訊作者。武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為第一署名作者單位。

寬帶隙鈣鈦礦通過調(diào)節(jié)帶隙，可以與窄帶隙太陽(yáng)能電池構(gòu)建疊層電池以克服單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的Shockley-Queisser限制。然而，寬帶隙鈣鈦礦電池中仍然存在嚴(yán)重的非輻射載流子復(fù)合和較大的開路電壓損失。該項(xiàng)研究使用原位光致發(fā)光測(cè)試來監(jiān)測(cè)鈣鈦礦涂層的中間相演變和結(jié)晶過程。通過摻雜長(zhǎng)碳鏈分子辛烷-1,8-二銨二氫碘化物(ODADI)來制備高效穩(wěn)定的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。研究發(fā)現(xiàn)，在帶隙為1.67 eV 的寬帶隙 FA0.7Cs0.25MA0.05Pb(I0.8Br0.2)3鈣鈦礦薄膜中摻雜ODADI不僅抑制了中間相，而且促進(jìn)了鈣鈦礦的結(jié)晶并且顯著地鈍化了薄膜的深能級(jí)缺陷。結(jié)果表明，對(duì)于有效面積為0.07 cm2和1.02 cm2的器件，冠軍單結(jié)倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率分別為22.06%和19.63%，是刮涂制備的寬帶隙鈣鈦礦同類器件中最高的效率值。未封裝的器件在空氣中表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，在恒定的AM 1.5G照明下，在空氣中保持其最大功率點(diǎn)的初始效率近500小時(shí)。由此制備的半透明寬帶隙器件的效率為20.06%，而四端全鈣鈦礦疊層器件的效率為28.35%。

該工作為刮涂制備大面積高效穩(wěn)定的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和疊層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了新的思路。

這兩項(xiàng)研究得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委以及湖北省科技廳、廣東高校科研平臺(tái)相關(guān)項(xiàng)目的支持，獲得了武漢大學(xué)公共服務(wù)平臺(tái)提供的SEM測(cè)試等支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45945-1

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202400105

（來源：武大新聞網(wǎng)）