【引言】

近年來(lái)，無(wú)鉛化成為鈣鈦礦材料研究領(lǐng)域的重要研究方向。錫基鈣鈦礦的研究開(kāi)展得最為廣泛，但是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的Sn2+極易在有氧環(huán)境下轉(zhuǎn)變成Sn4+，電池器件的光電性能會(huì)由此大幅降低。鉍基、鍺基、鈦基鈣鈦礦材料具有較高的穩(wěn)定性，然而其帶隙值普遍偏高，不符合Shockley-Queisser (S-Q)模型的最佳理論帶隙值，制約著器件的理論效率。因此，協(xié)同鈣鈦礦材料帶隙值與穩(wěn)定性的關(guān)系，制備兼具高穩(wěn)定性和合適帶隙值的無(wú)鉛鈣鈦礦材料，是領(lǐng)域內(nèi)當(dāng)前研究的難點(diǎn)與熱點(diǎn)。

【成果簡(jiǎn)介】

近期，西安交通大學(xué)材料學(xué)院（材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）楊冠軍教授課題組在英國(guó)化學(xué)會(huì)旗下的國(guó)際權(quán)威能源材料期刊Journal of Materials Chemistry A（SCI一區(qū)期刊，影響因子10.733）上發(fā)表題為“Lead-free Perovskite [H3NC6H4NH3]CuBr4 with both a Bandgap of 1.43 eV and Excellent Stability”的研究論文。西安交通大學(xué)材料學(xué)院2017級(jí)博士研究生李小磊，2018級(jí)碩士研究生李臻為論文的共同第一作者。利用綠色機(jī)械化學(xué)合成法制備了pPDACuBr4銅基鈣鈦礦材料的粉末，并借助熱旋涂(hot casting)的工藝制備出均勻致密全覆蓋的鈣鈦礦薄膜，成功在大面積(>20 cm2)導(dǎo)電玻璃和柔性基底上實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)薄膜的制備，依據(jù)紫外可見(jiàn)吸收光譜(UV-Vis)的測(cè)試結(jié)果測(cè)算其帶隙值約為1.43eV，制備出的pPDACuBr4薄膜在大氣、加熱、紫光燈照射的條件下均能保持優(yōu)異的穩(wěn)定性，并初步探究其應(yīng)用在正向平面鈣鈦礦太陽(yáng)電池中的光電性能，獲得了0.24%的光電轉(zhuǎn)換效率。

【圖文導(dǎo)讀】

圖一.

(a) pPDACuBr4晶體結(jié)構(gòu)；(b)反應(yīng)物與生成物粉末XRD衍射圖譜；(c) pPDACuBr4研磨粉末及配置溶液的照片。

圖二.

(a) pPDACuBr4薄膜紫外可見(jiàn)吸收光譜; (b) pPDACuBr4帶隙值推算；(c)常見(jiàn)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)帶隙值與穩(wěn)定性統(tǒng)計(jì)。

圖三.

pPDACuBr4薄膜在(a)大氣 (b)紫外燈照射 (c)加熱條件下的紫外可見(jiàn)吸收光譜吸收強(qiáng)度變化；(d) pPDACuBr4熱重曲線。

圖四.

(a-d)普通旋涂與熱旋涂工藝制備pPDACuBr4薄膜的宏觀、微觀形貌對(duì)比；熱旋涂法在(e)大面積(4.5 cm×4.5 cm)導(dǎo)電玻璃基底和(f)柔性基底上制備薄膜的照片。

【小結(jié)】

1.利用熱旋涂工藝制備出均勻致密全覆蓋的pPDACuBr4薄膜，在大面積（>20cm2）導(dǎo)電玻璃基底以及柔性基底上制備出了高品質(zhì)薄膜。

2.pPDACuBr4材料的帶隙值約為1.43eV，處于Shockley-Queisser (S-Q)模型的理論帶隙值區(qū)間。

3.pPDACuBr4粉末和薄膜在大氣、加熱、紫外燈光照等條件下均展現(xiàn)出了優(yōu)異的穩(wěn)定性，從而證實(shí)了這種新合成的材料兼具合適帶隙和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。

文獻(xiàn)鏈接：

https://doi.org/10.1039/C9TA12872G

楊冠軍教授課題組主頁(yè)：

http://gr.xjtu.edu.cn/web/ygj

作者（李小磊）簡(jiǎn)介：

http://mse.xjtu.edu.cn/info/1070/4775.htm

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