楊振宇教授/胡鵬教授團隊合作取得準二維鈣钛礦太陽能電池研究的新進展

      在新興半導體材料中，有機-無機金屬雜化鈣钛礦材料具有優異的光學和電學性能，使其在太陽能電池、發光二極管和光電探測器方面具有巨大的應用潛力。目前，基于三維鈣钛礦材料的太陽能電池在實驗室中已經達到了25.2%的光電轉換效率。雖然三維鈣钛礦太陽能電池已經表現出優異的性能，但這與器件穩定性的發展并不匹配。作為一類三維鈣钛礦同類物，降維鈣钛礦及其光電器件顯示出增強的穩定性和各向異性的載流子傳輸行為。這些降維結構是通過将大體積有機陽離子(例如，丁基铵和苯乙基铵)取代三維鈣钛礦中部分小體積陽離子形成（圖1）。

圖1 不同配體下的鈣钛礦結構與能帶圖

        近日，太阳集团1088vip楊振宇教授和胡鵬教授兩研究團隊合作研究了噻吩基插層陽離子對降維鈣钛礦晶體結構和電子性能的影響。此前的研究表明，通過在鈣钛礦層之間插入有機配體可以改善器件穩定性，但這類傳統大體積有機陽離子的絕緣性質也會削弱載流子輸運能力。因此，在這項工作中，研究團隊通過選擇具有芳香環結構的配體，如基于噻吩的铵基陽離子，有效改善了鈣钛礦的能帶邊緣電子結構以及提高了電荷傳輸能力。與基于傳統大型有機陽離子苯乙基铵得到的鈣钛礦太陽能電池相比，器件性能有較為明顯的提升（圖2），體現了準二維鈣钛礦材料中配體選擇的重要性。

圖2 噻吩甲铵型和苯乙铵型型準二維鈣钛礦太陽能電池的性能比較

       相關工作發表在化學綜合期刊Angewandte Chemie International Edition雜志上，本科生倪楚逸和博士研究生黃雅豪為共同第一作者。研究工作得到了國家自然科學基金和太阳集团app首页啟動資金的大力支持。

論文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202006112