西湖大學(xué)工學(xué)院特聘研究員王睿實(shí)驗(yàn)室公布了最新成果——強(qiáng)π-共軛型路易斯堿鈍化劑重度鈍化鈣鈦礦表面、用于長(zhǎng)久穩(wěn)定基于spiro-OMeTAD的正式器件。近日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《焦耳》。
該研究通過(guò)設(shè)計(jì)分子共軛面積，增強(qiáng)分子間的π-π相互作用，以最大限度地抑制高濃度下鈍化劑分子對(duì)鈣鈦礦晶格的侵蝕，同時(shí)最大程度地形成有序的π-π堆砌，保證界面電荷的順利傳輸。
王睿實(shí)驗(yàn)室中的鈣鈦礦電池樣品。課題組供圖
他們發(fā)現(xiàn)了一種熟悉的“老分子”的“新性質(zhì)”：作為鈣鈦礦電池的缺陷鈍化劑，能在高濃度下使用、不會(huì)“損傷”電池性能；這樣，隨著器件運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，儲(chǔ)備的鈍化劑分子能夠繼續(xù)“處理”電池運(yùn)行后新產(chǎn)生的缺陷，從而提高器件的使用壽命。
在使用一系列分子作為電池鈍化劑的測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)察覺(jué)到了有一類分子，電池對(duì)它的濃度“不敏感”：具有最強(qiáng)π共軛的三聯(lián)吡啶分子。三聯(lián)吡啶分子的特性能在不降低電池器件性能的情況下，對(duì)鈣鈦礦進(jìn)行高濃度鈍化，從而大大提高了鈍化效果的耐久性。因此，經(jīng)三聯(lián)吡啶鈍化的鈣鈦礦器件，它的光電轉(zhuǎn)換效率，對(duì)所使用的鈍化劑濃度依賴小。
在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池界，“評(píng)優(yōu)”的指標(biāo)有兩項(xiàng)：光電轉(zhuǎn)換效率和器件穩(wěn)定性。王睿團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新型鈍化劑的鈣鈦礦電池，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)三聯(lián)吡啶處理的鈣鈦礦表面器件表現(xiàn)出高達(dá)25.24%的光電轉(zhuǎn)換效率以及出色的器件穩(wěn)定性，在一個(gè)太陽(yáng)光照下運(yùn)行2664小時(shí)后仍保持90%的初始效率。這個(gè)成績(jī)貼近但并未打破最高紀(jì)錄——目前，最新報(bào)告的小面積器件光電轉(zhuǎn)化效率的紀(jì)錄是26%。
但它更突出的價(jià)值，是引導(dǎo)業(yè)界關(guān)注鈣鈦礦電池鈍化效果的持久性；同時(shí)，三聯(lián)吡啶分子作為鈍化劑的思路，也為業(yè)界送出了一塊探路的“磚”，將為更多科研人員繼續(xù)設(shè)計(jì)濃度無(wú)敏感型的鈍化劑提供指導(dǎo)。
論文第一作者為西湖大學(xué)工學(xué)院助理研究員王思思，復(fù)旦大學(xué)博士后姚滄浪為共同第一作者。王睿、浙江大學(xué)研究員薛晶晶為共同通訊作者。
