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寧波材料所葛子義AEM：26.34%！空間柔性多位點(diǎn)酰胺衍生物助力倒置鈣鈦礦太陽能電池及組件性能躍升

發(fā)表時(shí)間：2025-09-05 11:06

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主要內(nèi)容

設(shè)計(jì)具備多種協(xié)同效應(yīng)的添加劑鈍化劑，是調(diào)控鈣鈦礦（PVK）晶粒生長(zhǎng)、降低PVK薄膜缺陷密度的有效手段。在此背景下，中科院寧波材料所葛子義研究員團(tuán)隊(duì)（成員包括謝莉莎副研究員、楊孟錦研究員）與大連理工大學(xué)微電子學(xué)院梁紅偉教授團(tuán)隊(duì)展開聯(lián)合研究，創(chuàng)新性地將一種具有空間柔性的多位點(diǎn)酰胺衍生物——N-(叔丁基)-4-脲基苯甲酰胺（NUNB）引入鈣鈦礦體系。

NUNB分子具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。其空間柔性的C═O/N─H官能團(tuán)可與鈣鈦礦相互作用，實(shí)現(xiàn)缺陷鈍化；同時(shí)，能與FA?/MA?形成氫鍵，有效調(diào)控結(jié)晶過程?；谶@些特性，研究團(tuán)隊(duì)成功制備出高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，該薄膜晶粒尺寸更大、殘余拉應(yīng)力更低、缺陷密度更少。

在器件性能提升方面，NUNB發(fā)揮了關(guān)鍵作用。它能夠調(diào)控電荷傳輸行為，抑制陷阱輔助的非輻射復(fù)合，顯著提升了鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的穩(wěn)定性。最終，經(jīng)NUNB處理的PSCs取得了26.34%的優(yōu)異光電轉(zhuǎn)換效率（認(rèn)證效率達(dá)26.03%），這一成果得益于其適宜的能級(jí)匹配、更長(zhǎng)的載流子壽命以及更高效的載流子提取/傳輸過程。同時(shí)，該器件還展現(xiàn)出**的熱穩(wěn)定性和運(yùn)行穩(wěn)定性。此外，基于該策略制備的剛性組件效率高達(dá)21.92%，驗(yàn)證了其規(guī)?；瘧?yīng)用的潛力。

從微觀機(jī)制來看，理論計(jì)算表明，NUNB含有大量活性位點(diǎn)（如C═O/N），可通過與Pb2?以及FA?/MA?形成配位鍵和氫鍵，與鈣鈦礦發(fā)生有效的化學(xué)鈍化作用。它還能鈍化相鄰鈣鈦礦晶體晶界（GBs）處的缺陷，有效橋接并穩(wěn)定晶界。而且，引入NUNB可增大晶粒尺寸、緩解殘余拉應(yīng)力，并減少PVK薄膜中陷阱輔助的非輻射復(fù)合。這些微觀層面的改善，進(jìn)一步解釋了器件性能提升的原因，也使得經(jīng)NUNB修飾的器件開路電壓（Voc）和填充因子（FF）顯著提升。

總體而言，該聯(lián)合研究證實(shí)了空間柔性多位點(diǎn)酰胺衍生物在穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池方面的顯著優(yōu)勢(shì)，為鈣鈦礦的有效鈍化提供了新途徑，有助于推動(dòng)鈣鈦礦光伏技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。