開發(fā)利用可再生清潔能源是解決能源危機(jī)，實(shí)現(xiàn)碳中和碳達(dá)峰目標(biāo)的重要保障。太陽能由于資源豐富且地域分布廣、簡單易取，是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的主要途徑之一。在各種太陽能電池中，鈣鈦礦太陽能電池由于制備工藝簡單、成本低廉、效率可觀等優(yōu)勢(shì)受到廣泛關(guān)注。
鈣鈦礦太陽能器件中存在的諸多缺陷嚴(yán)重影響其光電性能，聚合物是鈍化薄膜中缺陷的有效手段。然而，聚合物在前驅(qū)體溶液中的直接引入容易增加其粘度，進(jìn)而影響薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和晶粒尺寸，削弱器件的短路電流密度和性能。同時(shí)強(qiáng)極性聚合物在反溶劑中的低溶解度為相應(yīng)鈍化層的直接制備帶來了困難。
近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所的逄淑平研究員團(tuán)隊(duì)，以單體小分子丙烯腈為基礎(chǔ)，通過結(jié)合體相原位聚合和預(yù)聚合-二次聚合策略構(gòu)建了三維聚合物鈍化網(wǎng)絡(luò)用于高性能鈣鈦礦太陽能電池。三維聚合物鈍化網(wǎng)絡(luò)是通過將丙烯腈體相原位聚合策略和表面預(yù)聚合/二次聚合策略結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。在體相聚合中，丙烯腈單體被直接引入前驅(qū)體溶液。由于丙烯腈的沸點(diǎn)較低，在薄膜后退火后僅存有聚合物。對(duì)于表面處理，退火過程中低沸點(diǎn)的丙烯腈會(huì)迅速揮發(fā)，幾乎不會(huì)留存聚合物。因此采用預(yù)聚合/二次聚合結(jié)合的方法，先將對(duì)丙烯腈單體進(jìn)行預(yù)聚合形成低聚物，然后將低聚物旋涂在薄膜上，通過二次聚合形成聚合物鈍化層。 通過結(jié)合體鈍化和表面鈍化，聚合物中的氰基(C≡N)與未配位的Pb2+相互作用，顯著降低了缺陷態(tài)密度，使得鈣鈦礦薄膜的半導(dǎo)體類型由強(qiáng)n型向弱n型轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了鈣鈦礦層與空穴傳輸層之間的能級(jí)對(duì)準(zhǔn)。同時(shí)，隨著載流子壽命的增加，載流子擴(kuò)散長度顯著增加，界面載流子輸運(yùn)和提取得到改善。 最終，優(yōu)化后器件的最高開路電壓可達(dá)到1.194V，效率超過24%（認(rèn)證效率為24.16%），相應(yīng)的組件也獲得了21.55%的光電轉(zhuǎn)化效率。該工作為鈣鈦礦太陽能電池中聚合物鈍化劑的引入提供了一種新策略。 論文信息 Polymerization Strategies to Construct a 3D Polymer Passivation Network toward High Performance Perovskite Solar Cells Dachang Liu, Dr. Xiao Wang, Xianzhao Wang, Bingqian Zhang, Xiuhong Sun, Zhipeng Li, Dr. Zhipeng Shao, Prof. Sui Mao, Dr. Li Wang, Prof. Guanglei Cui, Prof. Shuping Pang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202301574
