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中科院福建物质结构研究所徐刚兰州大学曹靖课题组:原位分解的有机金属硫属化合物(OMCs)钝化钙钛矿缺陷

中科院福建物质结构研究所徐刚兰州大学曹靖课题组:原位分解的有机金属硫属化合物(OMCs)钝化钙钛矿缺陷

日期:2024-05-07 作者: 應用方案

  有机-无机金属卤化物钙钛矿材料具有高吸收系数、长的激子扩散距离、高的载流子迁移率、低的激子结合能等优异的光物理性质,其光电器件表现出制备工艺简单、生产成本低廉、柔性性能优异、光电性能突出等特点,在下一代信息显示、健康医疗、光通信和可再生能源等领域具有广阔的应用前景。在过去的十年中,钙钛矿太阳能电池(PSCs)的功率转换效率(PCE)记录不断被打破,并达到了26.1%的认证PCE。然而,但是目前广泛采用的钙钛矿多晶离子晶体薄膜多是基于溶液处理工艺制备的,这不可避免地会在薄膜结晶过程中产生高密度缺陷,进而限制太阳能电池器件光伏特性和稳定性的提升。钙钛矿材料中缺陷的钝化对提升电池的稳定性至关重要。近日,联合在该研究领域取得了新进展(Angew. Chem. Int. Ed.,

  有机金属硫族化合物(OMCs)是一种新兴的二维材料。OMCs的结构特征是金属硫无机层被共价键合的有机官能团夹在中间。利用这种独特的结构,OMCs可能提供合并有机和无机钝化剂优势的潜力。通过精心设计,在旋涂层过程中,OMCs上密集的有机官能团可以帮助定向连接到缺陷表面。在随后的退火步骤中,有机官能团从OMCs中断裂并汽化到周围环境中,在钙钛矿的缺陷上原位形成无机钝化剂。为了优化电池性能,所得的无机钝化剂必须与钙钛矿的能级相匹配。

  中科院福建物质结构研究所徐刚&兰州大学曹靖课题组选择了一种OMCs, Cu-(4-巯基苯酚)(Cu-HBT),由苯酚基团共价接接{CuS}层构建。钙钛矿薄膜经厚度为5 nm的Cu-HBT处理后,由于生成的Cu2S和PbS无机钝化剂,PSCs的耐湿、耐热和耐光稳定性显著增强。此外,Cu2S和PbS有利于电荷的提取,减少了电荷的重组,使改性PSC的平均效率提高了1.8%,达到23.5%的最佳效率。

  该研究成果发表于国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。该论文共同第一作者为中国科学院福建物质结构研究所王观娥研究员和兰州大学肖国斌博士,通讯作者为中国科学院福建物质结构研究所徐刚研究员和兰州大学曹靖教授。研究工作得到了国家自然科学基金委员会、福建省科技厅和海西研究院的资助。

  徐刚课题组,配位聚合物在气体吸附/分离、催化、光学、磁学、微电子学等领域具有潜在的应用价值。而实现其应用的关键技术之一是表面配位结构的精准构筑和高质量配位聚合物薄膜的可控制备。因此,发展创新的表面配位化学方法构筑具备高度取向、孔道有序、晶态、自支撑、表面高度平整等特性的高质量表面薄膜材料,实现特定吸附、分离、化学传感、质子和电子运输等表面功能是未来表面科学领域的重要发展方向和挑战。

  我们致力于利用配位化合物结构多样性、结构可设计性,可水溶液制备等特点,结合纳米科学在薄膜制备上的应用,开发适用于配位聚合物的薄膜可控制备的新方法和新技术。解决当前配合物薄膜制备耗时长,制备方法通用性和适应性差,制备的薄膜结晶性差、取向控制难和结构细节难以表征等难题。进一步将纳米孔薄膜应用于化学电阻型气体传感器,将气敏活性位点从传统纳米颗粒材料的外表面移到导电微孔配位聚合物材料的内表面,解决传统化学电阻型气敏传感材料存在常温敏感性低和选择性差的问题。

  徐刚,中科院福建物质结构研究所研究员、博士生导师,课题组长。08年博士毕业于物构所。随后先后获得日本JSPS奖学金和德国洪堡奖学金分别在日本京都大学,德国雷根斯堡大学等地从事博士后研究。2013年“百人计划”人才引进回到福建物构所工作,主要从事导电配位聚合物材料的研究。作为课题负责人承担过国家杰出青年基金、优秀青年科学基金,国家自然科学基金面上,中科院前沿局“拔尖青年科学家”等基金。获得过福建省青年拔尖人才、福建运盛青年科技奖、福州青年科技奖等奖励。至今在J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed.等国际著名刊物上发表论文130余篇, 单篇他引过百21篇,最高436次,高被引10篇,期刊封面6次。现任Sci. Bull.、Chin. J. Stru. Chem.、无机化学学报等学术杂志青年编委。

  曹靖,兰州大学化学化工学院教授,博士生导师。2017年厦门大学获得博士学位,导师:郑南峰教授,随后到兰州大学化学化工学院工作,入选教育部长江学者奖励计划青年学者、中国化学会“青年人才托举工程”托举人才、甘肃省杰出青年基金以及陇原创新创业人才等项目,担任Chinese Chemical Letters期刊编委以及Chinese Journal of Structural Chemistry期刊青年编委。研究方向为:卟啉/酞菁配合物光电材料设计合成及其在钙钛矿太阳能电池中应用,近年来以通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、CCS Chem.等期刊发表论文60余篇。