近日，中国科大微电子学院胡芹研究员课题组与华侨大学材料科学与工程学院的吴季怀教授团队合作，提出了基于类催化剂系统调控钙钛矿半导体薄膜的转化反应动力学，成功应用于高效稳定光伏器件的制备。相关成果以“A Catalyst‐like System Enables Efficient Perovskite Solar Cells”为题于2月9日在线发表在学术期刊《Advanced Materials》上。
图1 (a) 可循环反应的模型。(b) 钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图和稳定性测试。
钙钛矿材料具有优异的光电性能和可调控的光学特性，在半导体领域具有广泛的应用潜力。然而，由于钙钛矿薄膜的转化反应动力学不可控，导致薄膜结构存在异质性，引发光生载流子非辐射复合和器件性能下降。为了解决这一问题，研究人员提出一种可循环的转化过程（图1a），降低了钙钛矿薄膜的异质性，并制备得到高效稳定的钙钛矿太阳能电池（图1b）。
图2 (a) PbI2的纳米CT三维重构微结构图可循环反应的模型。(b, c) PbI2和钙钛矿在退火过程中的原位GIWAXS强度演变图: (b) PbI2, (c) 钙钛矿。(d) PbI2和钙钛矿中C 1s 的光电子能谱图。
研究人员系统利用多尺度多模态的同步辐射技术，揭示了钙钛矿在催化转化过程中的化学和结构演变。在此工作中，基于同步辐射X射线的纳米计算机断层扫描（nano-CT）技术（如图2a）被首次应用于碘化铅的三维成像。利用原位掠入射广角X射线散射（GIWAXS）技术，研究人员观测到了碘化铅（如图2b）和钙钛矿（如图2c）的相演化过程，并发现了类催化剂的中间体（MeS—intermediate）。
同步辐射光电子能谱（SRPES）的元素分析证明了类催化剂组分存在于最终产物中。此工作提出了一种用于调控钙钛矿半导体材料反应动力学的新型类催化系统，并构建了钙钛矿薄膜的形成-结构-特性-应用的关联性，推动了光伏器件的发展。
中国科大微电子学院博士后杨育倩、杭州电子科技大学李国栋副教授及北京大学赵丽宸博士为本文的共同第一作者，中国科大微电子学院胡芹研究员、合肥光源李渝副研究员及华侨大学吴季怀教授为本文的共同通讯作者。
该成果得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市自然科学基金、中国博士后科学基金、北京市青年英才计等基金的资助，同时得到了中国科大微纳研究与制造中心、合肥光源、理化科学实验中心等单位的表征实验支持。（来源：中国科大微电子学院）
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