【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】盡管鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的功率轉(zhuǎn)換效率取得了顯著進(jìn)展，但器件的不穩(wěn)定性仍然是其商業(yè)化應(yīng)用的一大障礙。這種不穩(wěn)定性主要源于鹵素離子，尤其是碘離子(I?)的遷移。在光照和熱應(yīng)力作用下，I?會發(fā)生遷移并轉(zhuǎn)化為I?，從而導(dǎo)致不可逆的降解和性能損失。因此，抑制PSCs器件中I-遷移至關(guān)重要。
為了解決這一問題，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期PSCs研究的基礎(chǔ)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)，成功解決PSCs器件中I-遷移問題，在提升PSCs的運行穩(wěn)定性方面取得重要進(jìn)展。
在這項研究中，團隊創(chuàng)新性地將2,1,3-苯并噻二唑、5,6-二氟-4,7-雙(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷-2-基)(BT2F-2B)引入鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中。其中，未雜化的p軌道與I?的孤對電子之間的強配位作用抑制了MAI/FAI的去質(zhì)子化以及隨后的I?向I?的轉(zhuǎn)化。高度電負(fù)性的氟增強了其與I?之間的靜電相互作用。因此，BT2F-2B的協(xié)同作用有效抑制了鈣鈦礦的分解和碘空位缺陷密度。這種方法使得反式單結(jié)PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)超過了26%，并展現(xiàn)出卓越的運行穩(wěn)定性。根據(jù)ISOS-L-3測試協(xié)議(在85℃和50%相對濕度下進(jìn)行最大功率點跟蹤)，經(jīng)過處理的PSCs在老化1000小時后仍能保留其原始PCE的85%。當(dāng)將BT2F-2B應(yīng)用于寬帶隙(1.77 eV)鈣鈦礦系統(tǒng)時，全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池的PCE達(dá)到了27.8%，這證實了所提出策略的普遍性。
該工作以“Universal Approach for Managing Iodine Migration in Inverted Single-Junction and Tandem Perovskite Solar Cells.”為題發(fā)表在材料領(lǐng)域頂級期刊Advanced Materials(10.1002/adma.202410779)。寧波材料所碩士生宋振華、科研助理孫可軒和孟員員博士后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(xué)基金(21925506)、國家自然科學(xué)基金(U21A20331、81903743、22279151、22275004)和中國博士后科學(xué)基金(GZC20241798)的支持。(光電信息材料與器件實驗室 宋振華)
圖1 (a) 鈣鈦礦吸附BT2F-2B后的電子密度分布；(b) 反式鈣鈦礦太陽能電池器件效率；(c) ISOS-L-1和 (d) ISOS-L-3協(xié)議的鈣鈦礦太陽能電池的運行穩(wěn)定性
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