大連化物所大尺寸鈣鈦礦單晶研究取得進(jìn)展

　　近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所潔凈能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)能研究部硅基太陽(yáng)能電池研究組（DNL1606）研究員劉生忠?guī)ьI(lǐng)其團(tuán)隊(duì)利用升溫析晶法，首次制備出了超大尺寸單晶鈣鈦礦CH₃NH₃PbI₃晶體，尺寸超過(guò)2英寸（大于71 mm），這是世界上首次報(bào)導(dǎo)尺寸超過(guò)0.5英寸的鈣鈦礦單晶。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表在《先進(jìn)材料》期刊 (Adv. Mater. 2015, 27 (35), 5176-5183. doi:10.1002/adma.201502597)上。期刊主編給予該文章高度評(píng)價(jià)并撰寫了亮點(diǎn)性評(píng)論，該評(píng)論已經(jīng)在線發(fā)表在MaterialsViews網(wǎng)站上。

　　具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的甲氨基鹵化鉛材料，由于具有很高的光吸收系數(shù)、很長(zhǎng)的載流子傳輸距離、極少的缺陷態(tài)密度等優(yōu)異性質(zhì)，成為優(yōu)異的光伏材料、激光材料和發(fā)光材料。目前，經(jīng)過(guò)NREL認(rèn)證的鈣鈦礦太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到20.1%， 已接近單晶硅太陽(yáng)能電池的效率。同時(shí)，基于鈣鈦礦材料的激光和發(fā)光器件已研發(fā)成功，顯示出鈣鈦礦材料在光電領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)在基于微晶或非晶 薄膜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其他光電器件仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。微晶鈣鈦礦薄膜中存在很多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷會(huì)造成載流子的復(fù)合，是進(jìn)一步提高太陽(yáng)能 轉(zhuǎn)換效率及其他光電器件性能需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。基于此，該研究組發(fā)展了大尺寸鈣鈦礦單晶生長(zhǎng)方法，并成功制備出尺寸超過(guò)70毫米的單晶晶體。通過(guò)在室溫下進(jìn)行的高分辨XRD，光學(xué)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)CH₃NH₃PbX（X=Cl, Br, I）鈣鈦礦晶體材料具有非常高的結(jié)晶質(zhì)量和更好的光吸收范圍（相較于薄膜樣品），并首次發(fā)現(xiàn)CH ₃ NH ₃ PbCl₃材料在402nm處的發(fā)光峰。進(jìn)一步的TGA和DSC表征結(jié)果顯示出CH₃NH₃PbI₃晶體比薄膜材料具有更高的熱穩(wěn)定性。以上研究結(jié)果表明，這種超大尺寸的單晶體CH₃NH₃PbX₃(X = Cl,Br,I)在研發(fā)高性能光電器件方面具有很大的潛力。

　　該研究工作得到了中央高?；?、長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“111計(jì)劃”和“千人計(jì)劃”項(xiàng)目的資助。

大連化物所大尺寸鈣鈦礦單晶研究取得進(jìn)展