鹵化鉛鈣鈦礦多晶薄膜可通過(guò)溶液或真空技術(shù)進(jìn)行沉積，展現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能。近年來(lái)，單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率不斷攀升，公證紀(jì)錄已達(dá)26.7%，媲美于單晶硅電池。然而，面向商業(yè)化應(yīng)用，迫切需要提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的運(yùn)行穩(wěn)定性。層內(nèi)和層間的離子擴(kuò)散和遷移是導(dǎo)致鈣鈦礦太陽(yáng)能電池運(yùn)行穩(wěn)定性欠佳的根源。 近日，浙江大學(xué)王鵬教授、天津理工大學(xué)張敏教授與洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Lukas Pfeifer博士、Michael Gr?tzel教授合作，開(kāi)發(fā)了一種新型的甲脒鉛碘鈣鈦礦薄膜表面鈍化劑——碘化1,3-雙環(huán)[1.1.1]戊二銨（BCPDAI），該分子鈍化劑有機(jī)骨架構(gòu)象穩(wěn)定、銨位點(diǎn)立體位阻大，顯著提高了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的運(yùn)行穩(wěn)定性。
實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，將BCPDAI的異丙醇溶液旋涂到甲脒鉛碘鈣鈦礦薄膜的表面，在合適溫度下退火，可以提高鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度，并將殘留的大部分碘化鉛轉(zhuǎn)化為二維鈣鈦礦。這種表面處理不但改善了鈣鈦礦薄膜的表面形貌，還有效鈍化了半導(dǎo)體表面缺陷，抑制了非輻射復(fù)合。使用BCPDAI處理過(guò)的鈣鈦礦薄膜，作者制備了n-i-p型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其平均能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)25.4%；此外，BCPDAI表面處理顯著地抑制了離子遷移，提高了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在65℃的運(yùn)行穩(wěn)定性。 理論計(jì)算揭示，BCPDA2+陽(yáng)離子的局部正電荷密度高，與鈣鈦礦晶格中的[PbI6]4-八面體靜電作用強(qiáng)，在鈣鈦礦表面的結(jié)合能高。BCPDAI修飾后，鈣鈦礦晶格內(nèi)、晶格間的碘遷移活化能均有所提高。該研究闡明了BCPDAI抑制鈣鈦礦表面離子遷移的微觀機(jī)制，為進(jìn)一步提高器件的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性指明了方向。 論文信息 Conformationally Stable and Sterically Hindered Bicyclo[1.1.1]pentane-1,3-diammonium Modification of FAPbI3 Enhances the Performance of Perovskite Solar Cells Dr. Ming Ren, Jing Zhang, Dr. Yaohang Cai, Dr. Lukas Pfeifer, Dr. Yanfei Mu, Prof. Yi Yuan, Prof. Min Zhang, Dr. Shaik M. Zakeeruddin, Prof. Michael Gr?tzel, Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202421535
