近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所超快時(shí)間分辨光譜與動(dòng)力學(xué)創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員金盛燁團(tuán)隊(duì)在金屬有機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中載流子動(dòng)力學(xué)研究中取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中鈣鈦礦—電極界面載流子提取效率的微觀非均勻分布是限制電池效率的因素之一，相關(guān)研究成果Limiting Perovskite Solar Cell Performance by Heterogeneous Carrier Extraction 發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。
近年來(lái)，金屬有機(jī)鈣鈦礦材料CH3NH3PbX3(X=Cl、Br、I)由于其在構(gòu)建高效、廉價(jià)太陽(yáng)能電池和其它光電器件等方面展現(xiàn)出極大的應(yīng)用價(jià)值，成為目前國(guó)際上重要的研究熱點(diǎn)材料之一。目前的研究普遍認(rèn)為鈣鈦礦膜表面微觀形貌(晶塊大小、邊界等)的非均一性對(duì)薄膜光電性質(zhì)有很大的負(fù)面影響，但其影響機(jī)制并不清楚。因此，探究鈣鈦礦薄膜微觀形貌的非均勻性對(duì)載流子壽命、遷移率以及電池性能的影響對(duì)于進(jìn)一步提高太陽(yáng)能電池效率是非常必要的。
該研究團(tuán)隊(duì)利用自主搭建的時(shí)間分辨熒光掃描成像系統(tǒng)在亞微米空間尺度上成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)微觀區(qū)域載流子壽命、晶粒內(nèi)部和晶粒之間的載流子擴(kuò)散系數(shù)、晶粒內(nèi)載流子遷移距離和載流子提取效率的直接成像測(cè)量;發(fā)現(xiàn)在高質(zhì)量鈣鈦礦CH3NH3PbI3(Cl)多晶薄膜中，晶粒內(nèi)部載流子擴(kuò)散速率很快，與大塊鈣鈦礦單晶材料相近，載流子壽命較長(zhǎng)，在不同大小和形狀的晶粒之間的分布是非常均一的;由此證明鈣鈦礦膜表面微觀形貌(晶塊大小、邊界等)的非均一性會(huì)損害薄膜光電性質(zhì)的推斷不完全正確。但是，當(dāng)鈣鈦礦薄膜表面負(fù)載電子層和空穴傳輸層的時(shí)候，由于在鈣鈦礦和電子(空穴)受體界面存在的缺陷，不同晶粒表面載流子提取效率存在很大的差異，這很可能是限制太陽(yáng)能電池效率進(jìn)一步提高的關(guān)鍵因素。
上述研究工作得到科技部重大研究計(jì)劃、遼寧省自然科學(xué)基金等的支持。
