廣州能源所等在缺陷鈍化機制與柔性鈣鈦礦太陽能電池研究中獲進展

　　近日，中國科學(xué)院廣州能源研究所聯(lián)合俄羅斯科學(xué)院化學(xué)物理和藥物化學(xué)問題研究中心、哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭州研究院和美國路易斯安那理工大學(xué)微制造研究所等，在界面缺陷鈍化機制與柔性鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得進展。
 

　　鈣鈦礦表面和晶界處的陷阱狀態(tài)是柔性鈣鈦礦太陽能電池(FPSC)進一步商業(yè)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(jié)果驗證了PFPACl和TFPACl與鈣鈦礦前驅(qū)體成分的強相互作用，該研究在二維核磁共振數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出上述兩種添加劑與碘化甲脒形成的超分子配合物結(jié)構(gòu)，提出了鈍化劑分子在鈣鈦礦成膜之前與其預(yù)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(jié)合強于其與3,3,3-三氟丙胺鹽的結(jié)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(dǎo)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。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)PFPACl原位修飾的FPSCs實現(xiàn)23.59%的光電轉(zhuǎn)換效率，在1000小時后仍保有89.8%的初始效率，表現(xiàn)出優(yōu)異的運行穩(wěn)定性。
 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上，并已申請國家發(fā)明專利。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部和中國科學(xué)院的支持。
 

柔性鈣鈦礦太陽能電池器件結(jié)構(gòu)示意圖及PFPACl鈍化鈣鈦礦缺陷機理圖