【儀表網 研發快訊】鈣鈦礦由于其顯著的光電特性，具有高吸收系數、長載流子擴散長度、高載流子遷移率等優點而備受關注。盡管鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的光伏效率取得了快速進步，但其運行穩定性仍然是商業化的重大挑戰。這種不穩定性主要是由光誘導的鹵化物離子遷移和隨后氧化成碘(I2)引起的，尤其當器件在面對高溫下的熱效應時，這種情況會更加嚴重，會導致I2揮發并導致不可逆的器件退化。因此，抑制鈣鈦礦太陽能電池器件中I-/I2的逸出至關重要。
為了解決這一問題，近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽能電池研究的基礎上(Joule. 2024, DOI:10.1016/j.joule.2024.01.021; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 135, e202217526; Adv. Funct. Mater. 2023, 2214788; Adv. Funct. Mater. 2023, 2210600；Infomat 2022, e12379; Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630；Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416)，在碘離子動態可逆氧化還原用于ISOS-L-3協議下穩定運行的鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得重要進展。
在這項研究中，團隊創新性地將含硫醇的還原劑巰基乙胺氫碘酸鹽(ESAI)納入鈣鈦礦薄膜中。這種添加的目的是防止碘離子的氧化，從而抑制FAPbI3→FAI+PbI2的光誘導降解途徑。此外，鈣鈦礦薄膜內硫醇-二硫化物/I−-I2氧化還原對的形成為I2在光和熱應力下持續還原提供了動態機制，促進了碘引起的降解的愈合。這種方法顯著增強了鈣鈦礦太陽能電池的運行穩定性。根據ISOS-L-3測試協議(在~65℃相對濕度~50%的環境中進行MPP跟蹤)，經過處理的鈣鈦礦太陽能電池在老化300小時后仍保持其初始效率的97%。相比之下，對照器件幾乎完全退化，這主要是由于熱引起的I2快速揮發。以上結果證明，在涉及熱效應的情況下，將ESAI納入鈣鈦礦薄膜中是解決鈣鈦礦太陽能電池穩定性問題的有效策略。
該工作以“Dynamic Reversible Oxidation-Reduction of Iodide Ions for Operationally Stable Perovskite Solar Cells under ISOS-L-3 Protocol”為題發表在材料領域頂級期刊Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202400852)。寧波材料所碩士生盧曉怡、孫可軒和王耀華為該論文的共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員、劉暢研究員和孟員員博士后為該論文的通訊作者。上述工作得到了國家杰出青年科學基金(21925506)、國家自然科學基金(U21A20331、81903743、22279151、22275004)等項目資助。(光電信息材料與器件實驗室 盧曉怡)
圖1(a) 不添加和添加ESAI的FAPbI3鈣鈦礦中的光和熱誘導降解機制；(b) ISOS-L-1和(c) ISOS-L-3協議的鈣鈦礦太陽能電池的運行穩定性。
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