《開發基於鈣鈦礦材料的高效率低成本全固態太陽能電池》是依託上海交通大學，由趙一新擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：開發基於鈣鈦礦材料的高效率低成本全固態太陽能電池
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙一新
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
最新出現的兩類鈣鈦礦型（Perovskite）鹵化物：（CH3NH3）PbI3和CsSnI3，分別被成功的套用於不同結構類型的敏化太陽能電池，並且都實現了9－11%左右的效率，成為低成本太陽能電池的最新突破。這兩項材料給敏化電池的發展引入了革命性的材料和新結構。其中（CH3NH3）PbI3具有遠高於傳統染料的吸光係數而成為新型吸光材料，p型鈣鈦礦型碘化物CsSnI3半導體具有很高的導電性。本項目計畫針對這兩項新型鈣鈦型鹵化物材料進行下列基礎研究：（1）最佳化鈣鈦型鹵化物材料的合成以及性能測試；(2)開發多種金屬氧化物納米結構用於組裝開發新型固態太陽能電池器件；（3）研究器件中界面電子轉移和傳輸，利用獲得的機理改進材料的合成最佳化固態電池結構。這些基礎研究將為基於鈣鈦礦型鹵化物的新型固態太陽能電池的實用化發展提供堅實的研究基礎，最終促進低成本高效率的新型太陽能電池的開發和廣泛套用。
結題摘要
從2012年以來，鉛鹵鈣鈦礦CH3NH3PbI3（MAPbI3）憑藉其可調控的寬光譜回響吸收、優異的光電轉化效率以及低製備成本等優點，迅猛發展成為近年來光電轉化材料研究的熱點。申請人自2013年以來較為系統和深入地研究了鉛鹵鈣鈦礦物理化學性質，在鈣鈦礦太陽能電池的可控結晶生產、電子傳輸性質、維度轉化和調控取得一系列創新性成果。1、鈣鈦礦材料的可控結晶生長。申請人在2014年開發了通過引入可控量的含Cl添加劑來實現調控制備高質量的鈣鈦礦材料(J. Am. Chem. Soc. 2014，136，12241)。通過開發多孔性PbI2膜和預膨脹的PbI2•xCH3NH3I和HPbI2Cl的方法來調整 (Nano Lett. 2015, 15，3959)。2、鈣鈦礦電池的電子傳輸和表面鈍化。申請人研究發現TiO2介孔層對於鈣鈦礦電池中電子注射過程有顯著影響，此外鈣鈦礦電池中經常出現的PbI2雜質既可以阻礙鈣鈦礦電池中的電子轉移但也可以對電子注射有明顯的鈍化作用（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136，12205）。並開發的氣/固法在鈣鈦礦晶界實現PbI2的可調控生長來有效鈍化鈣鈦礦，獲得了有效的電荷分離（Nano Energy 2016, 26，50）。此外，申請人還通過Br離子引發MAPbI3鈣鈦礦納米晶的Ostwald熟化過程，從而使鈣鈦礦晶粒再生長獲得更大的晶粒並在鈣鈦礦表面實現有效的Br離子鈍化（Nat. Commun. 2016，7，12305）。3申請人通過引入HCl分子到3D鈣鈦礦中來構建2D鈣鈦礦，同時通過HCl的揮發來實現2D-3D的轉化而得到3D鈣鈦礦，從而實現了通過離子交換導致的維度轉換來製備高質量鈣鈦礦薄膜（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 13460）。此外，申請人通過引入具有NH3+和COO-雙官能團的胺基酸到3D鈣鈦礦中，兩端分別插入ABX3結構的鈣鈦礦的A和X位置的胺基酸把3D鈣鈦礦結構連結成2D/3D混合的鈣鈦礦結構；該2D/3D混合結構獲得量子效應可調的高螢光效率的鉸鈣鈦礦薄膜（Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 3568）,我們通過引入雙氨基的2D鈣鈦礦成功的穩定了α相的CsPbI3並實現了世界最高的效率（Sci. Adv., 2017, 3, e1700841.）
