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物电学院南广军博士在钙钛矿太阳能电池领域取得系列研究成果
日期: 2020-05-08 作者: 供稿单位: 物电学院

近日,物电学院“双龙学者特聘教授”南广军博士与比利时蒙斯大学以及美国加州州立大学北岭分校研究者合作,在国际顶级学术期刊The Journal of Physical Chemistry Letters(一区top期刊)发表题为Organic Cations Protect Methylammonium Lead Iodide Perovskites against Small Exciton-Polaron Formation”的研究论文。南广军博士为论文的第一作者和通讯作者,浙江师范大学为第一单位。


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太阳能具有清洁、无污染、分布广并且能量充分,是目前广大科研人员的研究重点。近年来,金属卤化物钙钛矿太阳能电池光电转化效率快速提高,已经达到多晶硅太阳能电池的水平,受到人们的广泛关注。


钙钛矿太阳能电池器件包含不同的表面和界面结构,导致钙钛矿极不稳定,严重制约其商业应用。与三维块体材料不同的是,钙钛矿的本征性质在表面和界面处发生突变,给理论研究带来巨大挑战。在原子尺度上理解光致诱导的表面和界面的几何结构变化以及光物理性质,对于改进钙钛矿的稳定性以及钙钛矿太阳能电池性能具有重要科学意义。


基于此,南广军博士及合作者,采用密度泛函理论和近年发展的适用于大体系的含时密度泛函理论相结合的方法,处理电子空穴相互作用以及电声耦合效应,研究典型的CH3NH3PbI3的(001)表面被光激发前后的几何结构和能量变化,发现-NH3基团与表面的碘离子形成氢键,可以大大增强表面结构的热力学稳定性,揭示了不同表面的最稳定几何构型,并指出了光激发对表面结构的形变效应。该工作首次指出,由于表面弱的静电屏蔽效应,明确考虑电子空穴相互作用对于理解钙钛矿表面和界面的稳定性至关重要,为进一步揭示水分解钙钛矿表面和界面结构奠定了基础。


在稍早的工作中,南广军博士及合作者发现了有机离子取代以及卤素离子取代对钙钛矿块体内缺陷物理的影响,研究成果“Self-Healing of Photocurrent Degradation in Perovskite Solar Cells: The Role of Defect-Trapped Excitons”于2019年12月发表在The Journal of Physical Chemistry Letters。同时,南广军博士与剑桥大学Cavendish实验室合作研究了有机离子混合以及卤素离子混合效应对钙钛矿光电转换效率改进的微观物理机制,研究成果 Photodoping through local charge carrier accumulation in alloyed hybrid perovskites for highly efficient luminescence”于20202月发表在Nature Photonics上,在此工作中负责理论计算部分。


论文链接:



编辑:赵菡婧


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