纯无机无铅钙钛矿太阳能电池材料与器件研究领域取得重要进展

近日，许昌大学郑智教授课题组在纯无机非铅钙钛矿太阳能电池材料与器件领域取得重要进展。研究组利用铋和铜这两种环境友好且资源丰富的金属元素，在国际上首次合成了室温下带隙为1.8电子伏的Cu-Bi-I-I (CuBiI4)三元化合物半导体薄膜材料。简单三明治结构的ITO/cubii 4: Spiro-OMeTAD/Au/Au混合太阳能电池器件的光电转换效率为1.119%，是目前该类新材料的最高效率纪录。相关成果在线发表在中国科学院和国家自然科学基金委员会联合主办的期刊《中国科学材料》上。研究生张步生是论文的第一作者，雷岩和郑智是通讯作者。

据报道，传统的甲胺卤化铅钙钛矿中含有重金属铅。为了避免铅的毒性和环境污染，无铅钙钛矿太阳能电池材料引起了人们的关注。在铅的替代元素中，铋和铜无毒且储量丰富，受到许多科学家的青睐。尤其是近年来，纯无机AaBbXx(如AgBiI4)钙钛矿材料在电池器件中的应用已经得到证实，以铜代银的CuBiI4材料优势更加明显。然而，由于制备方法的限制，这类CuBiI4材料的相关报道非常少。

郑智教授研究组采用了非常简单的室温气固反应方法，在室温下直接在导电基底上制备了一种新型的Cu-Bi-I-O (CuBiI4)化合物。紫外-可见光谱(UV-Vis)、外量子效率(IPCE)和荧光光谱(PL)揭示了这种灰黑色N型CuBiI4半导体薄膜材料的禁带宽度为1.8电子伏，禁带宽度为1.8电子伏。在大量的实验中，研究组发现，用四叔丁基吡啶(TBP)、乙腈和螺-ometad的有机混合溶剂处理后，可以得到混合均匀、致密、光滑的cubii4 :螺-OMeTAD体相异质结薄膜，更有利于载流子的分离和传输。这项工作为未来无铅钙钛矿或类钙钛矿化合物的制备及其在高性能光伏器件中的应用提供了全新的策略。

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