缺陷鈍化機制與柔性鈣鈦礦太陽能電池研究獲進展

近日，中國科學院廣州能源研究所研究員徐雪青團隊與合作者，在界面缺陷鈍化機制與柔性鈣鈦礦太陽能電池方面取得新的研究進展。相關研究發表于《先進功能材料》（Advanced Functional Materials），相關成果已申請國家發明專利。

柔性鈣鈦礦太陽能電池器件結構示意圖及PFPACl鈍化鈣鈦礦缺陷機理圖。研究團隊供圖

鈣鈦礦表面和晶界處的陷阱狀態是柔性鈣鈦礦太陽能電池（FPSCs）進一步商業化的主要障礙之一。

該研究將兩種新穎的多功能氟化丙胺鹽2,2,3,3,3-五氟丙胺鹽酸鹽（PFPACl）和3,3,3-三氟丙胺鹽酸鹽（TFPACl）原位引入光吸收層，以鈍化鈣鈦礦表面和晶界缺陷，并提高FPSCs的性能。核磁共振結果驗證了PFPACl和TFPACl與鈣鈦礦前驅體成分的強相互作用，首次從二維核磁共振數據中推導出了上述兩種添加劑與碘化甲脒形成的超分子配合物結構，指出了鈍化劑分子在鈣鈦礦成膜之前與其預先組織形成氫鍵的重要性。

實驗和密度泛函理論計算表明，由于氟烷基較高的電負性，PFPACl可能更傾向于解離為R-NH₃⁺-Cl^―的形式。因此，2,2,3,3,3-五氟丙胺鹽與甲脒空位缺陷的結合強于其與3,3,3-三氟丙胺鹽的結合，同時陰離子Cl^―與碘化甲脒空位缺陷及FPSCs中未配位的鉛離子之間具有足夠強的相互作用，導致PFPACl可以均勻覆蓋于鈣鈦礦薄膜的整個表面，并更有效地與空穴傳輸層能級匹配。最終，經PFPACl原位修飾的FPSCs實現23.59%的光電轉換效率，在1000小時后仍保有90%的初始效率，表現出優異的運行穩定性。

該研究由中國科學院廣州能源研究所研究員徐雪青團隊聯合俄羅斯聯邦化學物理和藥物化學問題研究中心、哈爾濱工業大學鄭州研究院等科研人員合作完成，并得到中國科技部外國專家項目、中國科學院國際交流計劃項目和中國科學院戰略性先導專項預研項目的支持。