大連化物所大尺寸鈣鈦礦單晶研究取得進展

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所潔凈能源國家實驗室太陽能研究部硅基太陽能電池研究組（DNL1606）研究員劉生忠?guī)ьI其團隊利用升溫析晶法，首次制備出了超大尺寸單晶鈣鈦礦CH₃NH₃PbI₃晶體，尺寸超過2英寸（大于71 mm），這是世界上首次報導尺寸超過0.5英寸的鈣鈦礦單晶。相關結果在線發(fā)表在《先進材料》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價并撰寫了亮點性評論，該評論已經(jīng)在線發(fā)表在MaterialsViews網(wǎng)站上。

　　具有鈣鈦礦晶體結構的甲氨基鹵化鉛材料，由于具有很高的光吸收系數(shù)、很長的載流子傳輸距離、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NREL認證的鈣鈦礦太陽電池光電轉換效率已經(jīng)達到20.1%， 已接近單晶硅太陽能電池的效率。同時，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域的廣闊應用前景。然而，現(xiàn)在基于微晶或非晶 薄膜的鈣鈦礦太陽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、孔隙和表面缺陷會造成載流子的復合，是進一步提高太陽能 轉換效率及其他光電器件性能需要解決的關鍵問題。基于此，該研究組發(fā)展了大尺寸鈣鈦礦單晶生長方法，并成功制備出尺寸超過70毫米的單晶晶體。通過在室溫下進行的高分辨XRD，光學測試，發(fā)現(xiàn)CH₃NH₃PbX（X=Cl, Br, I）鈣鈦礦晶體材料具有非常高的結晶質(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。進一步的TGA和DSC表征結果顯示出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?；?、長江學者和創(chuàng)新團隊“111計劃”和“千人計劃”項目的資助。

大連化物所大尺寸鈣鈦礦單晶研究取得進展