环保新星：光湿热稳定铜基钙钛矿光伏材料的全面优势

【引言】

近几年，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已由2009年报道的3.8%快速提升到23%，掀起了全球范围的研究热潮。甲胺铅卤钙钛矿(CH₃NH₃PbX₃, X = I, Br, Cl)材料具有高的吸光系数、长的载流子扩散长度、可调控的直接带隙、有趣的载流子输运性质和溶液法低成本制备等突出优势。此外，甲胺铅卤钙钛矿材料也应用于LED、激光器、光电探测器甚至催化领域，俨然成为一种“万能材料”。然而，CH₃NH₃PbX₃吸光材料还存在稳定性低、含有毒的铅元素这两个致命的缺点，这也是钙钛矿太阳能电池能否最终实用化所面临的两大挑战性难题。因此，非常需要寻找一种新型高稳定、低毒的有机无机杂化钙钛矿吸光材料。

【成果简介】

近期，湘潭大学材料学院王金斌教授及钟向丽教授等（共同通讯作者）在美国化学会旗下的国际知名期刊ACS Applied Energy Materials上发表题为“(C₆H₅CH₂NH₃)₂CuBr₄: A Lead-Free, Highly Stable Two-Dimensional Perovskite for Solar cell Applications”的研究论文。这项工作首次对环境友好型铜基钙钛矿材料(C₆H₅CH₂NH₃)₂CuBr₄的光电性质、稳定性及光伏性能进行了深入研究，发现(C₆H₅CH₂NH₃)₂CuBr₄不仅具有较高的吸光系数, 还具有优异的全方位稳定性，是目前报道的唯一能够同时抵抗紫外光、湿、热的不利影响的铜基钙钛矿材料。最后，文章证明了这种材料具有一定的光伏效应。

【图文导读】

图一：_{(C6H5CH2NH3)2CuBr4}具有层状钙钛矿结构，从SEM可以清楚地看到其层状特征。

图二：_{(C6H5CH2NH3)2CuBr4}具有禁带宽度1.81 eV、吸光系数高，并研究了其能带结构。

图三：_{(C6H5CH2NH3)2CuBr4}具有良好的湿度、热稳定性。

图四：器件结构及光伏效率。

【小结】

本文一种无铅、高稳定的有机无机杂化钙钛矿新材料，并首次证明了其光伏效应，同时具有高的光吸收系数，为解决钙钛矿光吸收材料的稳定性和含铅难题提供了一种新的选择。

【相关工作介绍】

一种高稳定无铅铜基有机无机杂化光吸收新材料(C₆H₄NH₂CuBr₂I)。该成果以“Organic-Inorganic Copper(II)-Based Material: A Low-Toxic, Highly Stable Light Absorber for Photovoltaic Application”为题发表在美国化学会旗下的J. Phys. Chem. Lett.（IF=9.353）上。有趣地是：该材料具有疏水特性(接触角≈90°)，也可全程在空气中(相对湿度RH ≈ 60%~70%)制备。此外，C₆H₄NH₂CuBr₂I 吸光材料吸光系数可达6×10⁴ cm^-1，接近甲胺卤铅钙钛矿材料，其禁带宽度E_g≈ 1.64 eV。最后，我们这种新材料应用于可印刷碳电极介观太阳能电池中，取得了初始约0.5%的光电转化效率，为探索新型高稳定无铅光伏材料提供了崭新的思路。

注：ACS Applied Energy Materials是ACS旗下2018年推出的第一个聚焦于能源材料应用的期刊

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