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浙師大池丹CEJ：p - F - MBAI界面分子工程發(fā)力，寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池效率達(dá)22.43%！

發(fā)表時(shí)間：2025-07-01 14:32

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主要內(nèi)容

帶隙超過1.6電子伏特（eV）的寬禁帶（WBG）鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其對疊層太陽能電池的關(guān)鍵作用而備受科研領(lǐng)域關(guān)注。然而，寬禁帶鈣鈦礦在制備過程中易形成高密度缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的非輻射復(fù)合、離子遷移和相分離現(xiàn)象，*終造成器件效率和穩(wěn)定性的降低。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，浙江師范大學(xué)池丹教授和上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院鄭帆教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，采用界面工程策略，同步抑制鈣鈦礦薄膜的體相和表面缺陷。

基于前期對分子結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦缺陷相互作用的理論研究，團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦/電子傳輸層界面引入了四種分子：α - 甲基芐基碘化胺（MBAI）、4 - 氟 - α - 甲基芐基碘化胺（p - F - MBAI）及其手性衍生物s - p - F - MBAI和r - p - F - MBAI。值得注意的是，與MBAI相比，具有更大偶極矩的p - F - MBAI展現(xiàn)出更優(yōu)異的缺陷鈍化能力。經(jīng)其修飾的鈣鈦礦載流子壽命相較于MBAI修飾的鈣鈦礦提升了2.3倍，這為提升器件性能提供了有力支持。*終，優(yōu)化后的1.68 eV帶隙鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了22.43%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），且穩(wěn)定性**，在氮?dú)猸h(huán)境中儲存1659小時(shí)后仍能保持初始效率的96.05%。同時(shí)，該雙面鈣鈦礦太陽能電池在正面和背面光照下的光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到18.30%和14.82%，展現(xiàn)了出色的雙面發(fā)電能力。

進(jìn)一步深入研究，團(tuán)隊(duì)對MBAI、p - F - MBAI（外消旋混合物）、s - p - F - MBAI和r - p - F - MBAI進(jìn)行了比較研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氟取代增強(qiáng)了分子偶極矩和靜電勢，這種增強(qiáng)使得分子在鈣鈦礦表面具有更強(qiáng)的極性和電荷分布，從而能夠與配位不足的Pb2?和I?形成更強(qiáng)的靜電吸引和化學(xué)鍵合。

這些增強(qiáng)的相互作用有效鈍化了A位點(diǎn)缺陷并穩(wěn)定了鈣鈦礦晶格，經(jīng)p - F - MBAI修飾的器件實(shí)現(xiàn)了22.43%的光電轉(zhuǎn)換效率，且穩(wěn)定性**（在氮?dú)庵写娣?659小時(shí)后效率僅衰減3.95%），這便是有力證明。此外，采用s - p - F - MBAI和r - p - F - MBAI修飾的鈣鈦礦太陽能電池性能變化微乎其微，表明立體化學(xué)結(jié)構(gòu)對缺陷鈍化的影響極小。團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步將該策略拓展至雙面鈣鈦礦太陽能電池，在正面和背面光照下分別實(shí)現(xiàn)了18.30%和14.82%的光電轉(zhuǎn)換效率，證實(shí)了p - F - MBAI界面工程策略在單面和雙面鈣鈦礦太陽能電池中均具有普適性。

本研究充分證明，在池丹教授和鄭帆教授的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)所采用的p - F - MBAI對鈣鈦礦的表面和體相缺陷具有優(yōu)異的修飾效果，且該修飾效果同樣適用于雙面鈣鈦礦太陽能電池。這一發(fā)現(xiàn)為提升寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池的性能和運(yùn)行耐久性提供了有效途徑，推動(dòng)了雙面光伏技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。