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22.43%！

發(fā)表時間：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，進而導(dǎo)致嚴重的非輻射復(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)其團隊，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，團隊在鈣鈦礦/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現(xiàn)了22.43%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），且穩(wěn)定性**，在氮氣環(huán)境中儲存1659小時后仍能保持初始效率的96.05%。同時，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)換效率分別達到18.30%和14.82%，展現(xiàn)了出色的雙面發(fā)電能力。

進一步深入研究，團隊對MBAI、p - F - MBAI（外消旋混合物）、s - p - F - MBAI和r - p - F - MBAI進行了比較研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氟取代增強了分子偶極矩和靜電勢，這種增強使得分子在鈣鈦礦表面具有更強的極性和電荷分布，從而能夠與配位不足的Pb2?和I?形成更強的靜電吸引和化學(xué)鍵合。

這些增強的相互作用有效鈍化了A位點缺陷并穩(wěn)定了鈣鈦礦晶格，經(jīng)p - F - MBAI修飾的器件實現(xiàn)了22.43%的光電轉(zhuǎn)換效率，且穩(wěn)定性**（在氮氣中存放1659小時后效率僅衰減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。團隊還進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現(xiàn)了18.30%和14.82%的光電轉(zhuǎn)換效率，證實了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，團隊所采用的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行耐久性提供了有效途徑，推動了雙面光伏技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用進程。