近日，我校物质学院陈刚教授课题组在钙钛矿太阳能电池的制备与机理探究方面再次取得重要进展。他们通过创新性地引入一种季胺有机阳离子，制备了新型二维钙钛矿薄膜，进而通过对薄膜内部晶粒取向性的操控调节，实现了高性能高稳定性的二维钙钛矿太阳能电池的制备。目前，该成果以“A New Organic Interlayer Spacer for Stable and Efficient 2D Ruddlesden-Popper Perovskite Solar Cells”为题，发表于国际知名学术期刊《Nano Letters》。
作为一项颠覆性的新兴光伏技术，近年来，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率实现了长足发展。而其环境稳定性问题，即在高湿度/温度条件下的退化问题严重制约了其进一步产业化应用。已有研究表明，在钙钛矿晶体中引入长链有机阳离子，形成二维钙钛矿结构可以有效提高此种材料的环境稳定性。而当前主要应用伯胺离子作为长链有机阳离子间隔层，尚未对其进一步的优化做出有体系有目的的筛选。
在这一项研究中，陈刚教授团队引入一种新型的有机长链季胺阳离子，首次制备了基于此种阳离子的二维钙钛矿薄膜及器件。他们通过应用离子添加剂调控了二维钙钛矿薄膜中的晶粒取向，并应用同步辐射X射线衍射技术证实了对晶体生长方式的成功操控。研究人员应用最优的离子添加剂浓度，进一步制备了高品质的二维钙钛矿薄膜及对应的高效率高稳定性的二维钙钛矿太阳能电池器件。此研究详细阐述了氮原子点位不同取代程度对钙钛矿薄膜及器件的影响，为二维钙钛矿中有机长链阳离子的选择提供了系统性指导。
2017级上科大/上海理工联合培养硕士研究生李智民和上海理工大学刘宁副教授为论文并列第一作者，陈刚教授和孟轲副研究员为共同通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金、上海市科委、上科大启动经费及上海光源的大力支持。
文章链接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b01652
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PTA分子和其形成的二维钙钛矿的结构示意图