许昌学院：薄膜太阳能电池光电转换效率创新纪录
日前，许昌学院郑直教授课题组在纯无机非铅类钙钛矿太阳能电池材料与器件研究领域取得重要进展。课题组利用铋和铜这两种环境友好且储量丰富的金属元素，国际上首次在室温无溶剂条件下原位合成了带隙为1.8电子伏特的铜铋碘（CuBiI4）三元化合物半导体薄膜材料，在具有简单三明治结构的ITO/ CuBiI4: Spiro-OMeTAD/ Au杂化太阳能电池器件上获得了1.119%的光电转换效率，为目前该类新材料的最高效率记录。相关成果在线发表于由中国科学院和国家自然科学基金委员会联合主办的《中国科学·材料》杂志上。在读硕士研究生张卜生为论文的第一作者，雷岩、郑直为通讯作者。
据悉，传统的卤化甲胺铅钙钛矿含有重金属铅，为了避免铅的毒性和环境污染问题，无铅钙钛矿太阳能电池材料引起了人们的重视。在铅的替代元素中，铋和铜无毒且储量丰富，受到众多科学家的青睐。特别是近年来，纯无机AaBbXx（例如AgBiI4）类钙钛矿材料在电池器件中的应用得到证实，而以铜替代银的CuBiI4材料优势更加明显。但是由于受到制备方法的限制，该类CuBiI4材料的相关报道却十分罕见。
郑直教授课题课题组采用非常简单的室温气-固反应方法，以铋铜合金作为前驱体直接在导电基底上室温原位制备了一种新型铜铋碘（CuBiI4）化合物，并通过紫外-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电子伏特，适合太阳光能量吸收利用。课题组在大量实验中发现，利用四叔丁基吡啶（TBP）、乙腈和Spiro-OMeTAD有机混和溶剂对薄膜进行处理后，能得到混合均匀、致密、平滑的CuBiI4 : Spiro-OMeTAD本体异质结薄膜，这更加有利于载流子的分离与传输。该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一个全新的策略。
