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云师大能环学院杨培志教授课题组与山东科技大学段加龙和唐群委合作在《Carbon Energy》上发表最新研究成果

已有 1001 次阅读 2023-8-11 08:29 |个人分类:云师大研究|系统分类:论文交流

2023年8月8日，wiley旗下top期刊《Carbon Energy》在线发表了云南师范大学能源与环境科学学院杨培志教授课题组与山东科技大学化学与生物工程学院段加龙和唐群委合作发表最新研究成果《Stretchable alkenamides terminated Ti3C2Tx MXenes to release strain for lattice-stable mixed-halide perovskite solar cells with suppressed halide segregation》。能源与环境科学学院杨培志教授为共同通讯作者，第一作者为云南师范大学能源与环境科学学院、山东科技大学化学与生物工程学院Xuemei Yao。

https://doi.org/10.1002/cey2.387

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Abstract

Bandgap-tunable mixed-halide perovskite materials have attracted considerable interest because of their indispensability as top counterparts in tandem solar cells. However, the soft and disordered lattice always suffers from severe phase segregation under illumination, which is particularly susceptible to residual lattice strain. Herein, we report a strain regulation strategy by using alkenamides terminated Ti3C2Tx MXenes as an additive into perovskite precursor. Apart from the role of a template for grain growth to obtain high-quality films, the stretchable alkyl chain promotes lattice shrinkage or expansion to form an elastic grain boundary to eliminate the spatially distributed stain and shut down ion migration channels. As a result, the all-inorganic perovskite solar cells based on CsPbIBr2 and CsPbI2Br halides achieve prolonged device stability under harsh conditions and the best power conversion efficiencies up to 11.06% and 14.30%, respectively.

扩展阅读：

https://huagong.sdust.edu.cn/info/1037/5487.htm

近日，化工学院段加龙副教授（学术教授）、唐群委教授等人在全无机钙钛矿太阳能电池领域取得最新进展，相关成果以“Stretchable alkenamides terminated Ti₃C₂T_x MXenes to release strain for lattice-stable mixed-halide perovskite solar cells with suppressed halide segregation”为题发表在权威期刊Carbon Energy上（影响因子：20.5）。

研究背景

近年来，钙钛矿太阳能电池由于具有优异的光电转换效率、成本低、制备简单等优势，迅速成为未来最具应用潜力的光伏技术之一。如何提升钙钛矿薄膜的质量是获得高效稳定电池器件的关键。然而，由于晶格失配、热效应以及外部环境刺激下引起的晶格应力极易诱导产生大量的空位点缺陷以及位错，其中，拉应力的存在会造成晶格膨胀，降低离子迁移势垒，加速电池内部的电荷复合以及钙钛矿薄膜的降解过程。在钙钛矿薄膜生长过程中，钙钛矿与基底之间的热膨胀系数差异大，往往是诱导大量界面应力的主要原因之一。与常规有机-无机杂化钙钛矿薄膜相比，全无机钙钛矿薄膜具有两个明显的特性：第一，热膨胀系数高；第二，相转变温度高。因此，全无机钙钛矿薄膜中残余应力在理论上将远高于有机-无机杂化钙钛矿薄膜，不利于电池效率和稳定性的提升。

成果介绍

通过制备酰胺链端基化Ti₃C₂T_x MXenes材料，并将其作为添加剂应用到全无机钙钛矿太阳能电池当中，实现了光电转换效率和稳定性的提升。由于琥珀酰胺具有四个碳链的分子结构，与刚性的MXenes材料相比，具有很好的伸缩性。在薄膜生长过程中，酰胺链端基化的MXenes可以与钙钛矿的晶格发生相互作用，改善钙钛矿薄膜的生长动力学过程，钝化未配位的铅缺陷，提升薄膜质量。同时，MXenes主要分布在钙钛矿薄膜的晶界处，表面的烷基链可以作为界面润滑剂释放晶粒之间的压应力和界面处的拉应力，大幅减小缺陷态密度。通过系统地测试发现，应力释放以及缺陷态的消除能够有效抑制全无机混合卤素钙钛矿的相分离，提升薄膜的晶格稳定性。最终，全无机CsPbIBr₂和CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池分别获得11.06%和14.30%的光电转换效率。