武漢大學(xué)發(fā)表純碘全無機錫鉛鈣鈦礦量子點的最新研究成果

2024年2月21日，Nature Communications（《自然?通訊》）在線發(fā)表了武漢大學(xué)方國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)于純碘全無機錫鉛鈣鈦礦量子點的最 新研究成果。

論文題為“Spontaneous crystallization of strongly confined CsSnxPb1-xI3 perovskite colloidal quantum dots at room temperature”（《純碘全無機CsSnxPb1-xI3鈣鈦礦量子點在室溫下的強限域自發(fā)結(jié)晶》，2024, 15:1609）。章樓文博士后為第 一作者，方國家教授和周海特聘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)院為通訊作者單位。

近年來，全無機鹵化物鈣鈦礦量子點因其優(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），純碘全無機鈣鈦礦量子點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。該項研究通過采用一個全新的室溫反應(yīng)體系，在貧Cs的反應(yīng)環(huán)境中簡便快速地實現(xiàn)純碘全無機錫鉛混合鈣鈦礦（CsSnxPb1-xI3）量子點的強限域自發(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量子點相比，CsSn0.09Pb0.91I3鈣鈦礦量子點顯示出優(yōu)異的黃光發(fā)射性能、延長的載流子壽命以及增強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這主要得益于量子點強的量子尺寸效應(yīng)、亞錫離子的鈍化效應(yīng)以及提高的缺陷形成能。此外，該室溫強限域合成技術(shù)同樣適用于寬帶隙溴基和氯基全無機鈣鈦礦量子點以及碘基有機-無機雜化鈣鈦礦量子點的制備，具有很好的普適性。

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

2024年3月7日，Advanced Materials（《先進材料》）在線發(fā)表了武漢大學(xué)方國家教授課題組、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能電池的最 新研究成果。

論文題為“Intermediate Phase Suppression with Long Chain Diammonium Alkane for High Performance Wide-Bandgap and Tandem Perovskite Solar Cells”（《長鏈烷烴二銨抑制高性能寬帶隙和疊層鈣鈦礦太陽能電池的中間相》）。賈朋碩士生為第 一作者，方國家教授、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，可以與窄帶隙太陽能電池構(gòu)建疊層電池以克服單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的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。該項研究使用原位光致發(fā)光測試來監(jiān)測鈣鈦礦涂層的中間相演變和結(jié)晶過程。通過摻雜長碳鏈分子辛烷-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，而且促進了鈣鈦礦的結(jié)晶并且顯著地鈍化了薄膜的深能級缺陷。結(jié)果表明，對于有效面積為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的初始效率近500小時。 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能電池和疊層鈣鈦礦太陽能電池提供了新的思路。

這兩項研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金委以及湖北省科技廳、廣東高校科研平臺相關(guān)項目的支持。感謝武漢大學(xué)公共服務(wù)平臺提供的SEM測試等支持！