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北大研究团队在钙钛矿光伏材料的生长机理原位研究方面取得新进展

本文摘要:随着能源危机和环境污染问题的日益不利,太阳能等绿色可再生能源近年来获得了普遍注目。预示着光电切换效率的提高和生产成本的上升,太阳能电池愈发突显其辽阔的应用于前景。有机无机谓之化铅卤钙钛矿太阳能电池,作为新型太阳能电池的后起之秀,在短短七年内,光电切换效率从3.8%很快快速增长到22.1%。

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随着能源危机和环境污染问题的日益不利,太阳能等绿色可再生能源近年来获得了普遍注目。预示着光电切换效率的提高和生产成本的上升,太阳能电池愈发突显其辽阔的应用于前景。有机无机谓之化铅卤钙钛矿太阳能电池,作为新型太阳能电池的后起之秀,在短短七年内,光电切换效率从3.8%很快快速增长到22.1%。

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虽然钙钛矿太阳能电池在效率上早已获得重大突破,但人们对于钙钛矿材料本身的生长机理以及薄膜形貌的构成机制研究还必须更进一步强化,而基于此的研究对钙钛矿材料的了解理解以及适当的光电器件的应用于具备重大意义。北京大学物理学院“极端光学创意研究团队”的朱瑞研究员和龚旗煌院士等,针对钙钛矿材料从前驱液到多晶薄膜的结晶动力学和形貌演进过程展开了深入研究。

该工作融合基于实时电磁辐射的掠入射X射线散射(GIXD)和傅立叶转换红外光谱等先进设备的密切相关技术,对钙钛矿材料从前驱液到多晶薄膜展开原位动态观测,在结构变化上明确提出了“纳米中间体装配模型”,在分子或者纳米尺度下研究钙钛矿的结晶和生长机理。同时调控钙钛矿结晶过程中的温度和时间等参数,多维度研究印刷钙钛矿薄膜的结晶动力学。在介观尺度的薄膜形貌上,研究团队利用基于填充光学显微镜的原位冷却实验,仔细观察一步法钙钛矿薄膜的构成过程,创建“结晶-消耗”物理模型,阐释周期性环带钙钛矿薄膜形貌的构成机制。

本研究全面报导了钙钛矿材料从分子层面的结晶生长到介观尺度上的薄膜形貌。此外,研究者也对印刷钙钛矿太阳能电池展开了优化和密切相关,取得了与传统复涂抹方法非常的器件光电性能,对钙钛矿太阳能电池从实验室研究到工业化生产的转化成展开了大力的探寻,具备一定的实际意义。

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该研究工作公开发表在《大自然通讯》杂志(Nat.Commun.2017,8,15688)上。朱瑞研究员课题组的博士生胡芹和赵丽宸为该文章的联合第一作者。此研究是与美国劳伦斯伯克利国家实验室的ThomasP.Russell教授和刘烽博士、英国萨里大学的张伟博士等合作进行的。

该工作获得中国国家自然科学基金委、科技部、北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、“极端光学协同创意中心”“2011计划”量子物质科学协同创意中心、“青年千人计划”和美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)等单位的反对。(a)印刷钙钛矿从前驱液到多晶薄膜切换过程中有所不同阶段的GIXD二维散射图;(b)钙钛矿结晶的纳米中间体装配模型;(c)印刷薄膜的形貌显微镜图;(d)周期性“结晶-消耗”物理模型示意图。


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本文来源:PG电子平台-www.aqjxxx.com

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