近日，物理学院有机钙钛矿光伏技术团队在宽带隙钙钛矿光伏研究方面取得新进展，相关工作“Strain Regulation of Mixed-Halide Perovskites Enables High-Performance Wide-Bandgap Photovoltaics”以河北大学为第一单位发表在国际著名期刊《Advanced Materials》上（Doi：10.1002/adma.202401103）。我校硕士研究生李昕昊、李怡凡为论文共同第一作者，何庭伟博士和杨少鹏教授为共同通讯作者。
宽带隙混合卤素钙钛矿材料广泛应用于串联太阳能电池的顶层电池。然而，严重的开路电压(Voc) 损失限制了宽带隙钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。MACl辅助结晶策略通常用于制备高性能的宽带隙钙钛矿太阳能电池。然而，MA阳离子会参与钙钛矿晶体重构，并在后续的MACl挥发过程产生MA空位缺陷，引起严重的晶格畸变和卤素离子迁移。因此，基于MACl辅助结晶的优势，消除MA空位缺陷以缓解钙钛矿晶格应变，是宽带隙钙钛矿体系迫切需要解决的难题之一。该工作将Rb离子引入到MACl辅助结晶的宽带隙钙钛矿体系中。Rb离子在退火阶段可以填补MA挥发引起的阳离子空位，减轻钙钛矿晶体的收缩应变，增加卤离子的迁移势垒，有利于混合卤素钙钛矿相的均匀结晶。制备的均一卤素相钙钛矿薄膜展示了改善的载流子输运和抑制的非辐射复合。Rb处理的宽带隙钙钛矿太阳能电池获得了显著降低的Voc，最终实现了21.72%的光电转换效率。该工作为解决MACl挥发诱导的钙钛矿晶格应变问题提出了新策略，为进一步制备更高性能的宽带隙钙钛矿太阳能电池提供了新思路。
在近期的另一项工作中,何庭伟博士等人通过将一种功能化的有机阳离子对（4-芘氧基丁胺，PYBA）引入到甲脒钙钛矿的晶界处，进而调控FAPbI3钙钛矿的晶格应变。此种情况下，PYBA阳离子头部的四个苯环可以形成强的π-π相互作用，为引入外部压缩应力提供坚实支点，同时尾部的氨基通过氢键与钙钛矿的[PbI6]4-八面体相连，以平衡FAPbI3晶体固有的张应力。实验结果表明，PYBA阳离子作为FAPbI3钙钛矿的晶体模板，诱导α-FAPbI3相的择优取向生长，同时提供的外部压缩应变，补偿了FAPbI3晶体的固有拉伸应力，成功实现了带隙红移且纯α-FAPbI3相的甲脒钙钛矿薄膜。受益于改善的光学和电学性能，PYBA处理的甲脒钙钛矿太阳能电池实现了24.76%的光电转换效率和改善的器件运行稳定性（Advanced Materials, 2023, 35, 2304149）。
以上工作得到了河北大学高层次引进人才项目、光伏技术省部共建协同创新中心、物理学院公共测试平台的资助和支持。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202401103
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304149
