】近日，大連化物所太陽能研究部(DNL16)李燦院士、秦?zé)槻┦亢筒┦垦芯可鶺ajid Ali等在有機(jī)鉛鹵鈣鈦礦(MHP)太陽電池研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，揭示了鈣鈦礦材料非輻射復(fù)合與晶格應(yīng)變之間的關(guān)聯(lián)，并通過調(diào)控鐵彈應(yīng)變使太陽電池開路電壓接近熱力學(xué)極限。
 

　　李燦團(tuán)隊(duì)在研究光(電)催化等太陽燃料合成同時(shí)，長(zhǎng)期探索太陽電池的新材料和新機(jī)制，在有機(jī)太陽電池和鈣鈦礦太陽電池基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究方面也取得重要成果，提出了Dion-Jacobson二維相鈣鈦礦可以顯著提升鈣鈦礦電池性能和穩(wěn)定性。
 

　　原理上，鐵電材料的晶格電場(chǎng)可以顯著提升光生載流子的分離。本工作利用了MHP相變過程與結(jié)晶過程的耦合，通過誘導(dǎo)各向異性的對(duì)稱性破缺，制備了在室溫下穩(wěn)定存在的鈣鈦礦鐵彈體。在外加電場(chǎng)下，離子晶體的電致伸縮性質(zhì)會(huì)使MHP發(fā)生鐵彈應(yīng)變。該工作發(fā)現(xiàn)，鐵彈應(yīng)變下MHP中光生載流子的非輻射復(fù)合會(huì)被顯著抑制。通過精細(xì)表征鐵彈應(yīng)變下的晶體結(jié)構(gòu)，研究人員建立了MHP的鐵彈應(yīng)變與非輻射復(fù)合之間的關(guān)聯(lián)。進(jìn)一步，該研究結(jié)合理論計(jì)算揭示了鐵彈應(yīng)變會(huì)使疇壁晶胞發(fā)生鐵電相變，在外電場(chǎng)作用下鐵電晶格電場(chǎng)會(huì)對(duì)齊并形成穩(wěn)定的電荷分離能力。通過誘導(dǎo)鐵彈應(yīng)變，鐵電電場(chǎng)的電荷分離能力可以使得MHP太陽電池的開路電壓提升約150 mV，達(dá)到1.26 V，接近該材料的熱力學(xué)極限(1.32 eV)。上述結(jié)果為MHP材料的鐵電電場(chǎng)形成機(jī)制提供了新的關(guān)鍵證據(jù)。
 

　　相關(guān)成果以“Suppressing non-radiative recombination in metal halide perovskite solar cells by synergistic effect of ferroelasticity”為題，發(fā)表在《自然—通訊》(Nature Communications)上。該工作的第一作者是大連化物所DNL16的助理研究員秦?zé)樅筒┦垦芯可鶺ajid Ali，其中理論計(jì)算工作由北京航空航天大學(xué)王建峰博士合作完成。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委“人工光合成”基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、大連化物所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 秦?zé)槨ajid Ali)