南昌大學(xué)陳義旺Angew：低維鈣鈦礦前驅(qū)體間隔陽離子介導(dǎo)老化動力學(xué)，獲高效太陽能電池！

主要內(nèi)容

南昌大學(xué)陳義旺教授與胡婷副教授帶領(lǐng)科研團隊，在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域展開深入探索。在太陽能電池的研發(fā)進程中，鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的老化過程宛如一把“雙刃劍”，對電池的光伏性能起著至關(guān)重要的調(diào)控作用。然而，低維鈣鈦礦前驅(qū)體中潛藏的降解機制，尤其是間隔陽離子在調(diào)控分解路徑里扮演的關(guān)鍵角色，此前一直是困擾科研人員的“謎團”，尚未得到清晰闡釋。

團隊?wèi){借嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與精湛的研究方法，通過系統(tǒng)且深入的研究，成功揭開了低維鈣鈦礦前驅(qū)體的內(nèi)在老化機制“面紗”，揭示出間隔陽離子的引入如同精準(zhǔn)的“調(diào)控開關(guān)”，從根本上決定了分解動力學(xué)過程。與此同時，團隊還發(fā)現(xiàn)不受控制的陽離子交換和碘鉛酸根（iodoplumbate）團聚，恰似隱藏在暗處的“破壞分子”，是導(dǎo)致前驅(qū)體降解的主要途徑。

面對這些挑戰(zhàn)，團隊充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，有針對性地設(shè)計出一種雙功能溶液穩(wěn)定劑——4 - 羧基 - 2 - 氟苯硼酸（CFB）。這一穩(wěn)定劑堪稱“多面手”，具備協(xié)同配位位點。在減緩前驅(qū)體降解方面，其羧基基團能夠自發(fā)脫質(zhì)子，隨后與胍離子（GA?）形成強健的氫鍵，如同為胍離子筑起一道堅固的“防護墻”，有效抑制甲基胺（MA?）介導(dǎo)的親核攻擊，阻止GA?與MA?之間發(fā)生不可逆的加成 - 消除反應(yīng)。在調(diào)控結(jié)晶過程上，CFB通過巧妙的配位調(diào)控，實現(xiàn)對結(jié)晶的多階段精準(zhǔn)控制，既能鈍化離子缺陷，又能調(diào)控結(jié)晶熱力學(xué)過程，最終生成高度取向且晶界鈍化的鈣鈦礦晶體，為制備高質(zhì)量薄膜奠定了堅實基礎(chǔ)。

實驗數(shù)據(jù)是檢驗研究成果的“試金石”。結(jié)果顯示，優(yōu)化后的器件光伏性能表現(xiàn)**，能量損失極低，僅為0.38 eV，這一數(shù)據(jù)彰顯了器件在能量轉(zhuǎn)換過程中的高效性。更令人驚喜的是，由老化前驅(qū)體制備的器件在環(huán)境條件下儲存42天后，仍能保持初始效率的90%，就像一位“耐力選手”在長時間“賽跑”后依然保持強勁實力。此外，未封裝的器件也展現(xiàn)出優(yōu)異的濕度穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，仿佛為器件穿上了一層“防護鎧甲”，使其能夠在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定工作。值得一提的是，CFB - 鈣鈦礦體系溶液穩(wěn)定性**非凡，老化42天后器件效率保持率超過90%。低維鈣鈦礦太陽能電池（PVSCs）更是實現(xiàn)了高達(dá)22.65%的優(yōu)異光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），這一成果為鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展注入了強大動力。

該團隊從分子層面深入揭示了抑制降解的前驅(qū)體工程機制，為開發(fā)可溶液加工的鈣鈦礦半導(dǎo)體開辟了一條嶄新的道路，奠定了堅實而可靠的基礎(chǔ)，有望推動鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)邁向新的高度。

文獻(xiàn)信息

Dual-Functional Molecular Stabilization of Spacer Cation-Mediated Aging Dynamics in Low-Dimensional Perovskite Precursors Enables Efficient Solar Cells

Zhibin Wang, Yang Gao, Canqiang Du, Dengxue Li, Zhi Xing, Prof. Xiaotian Hu, Prof. Ting Hu, Prof. Yiwang Chen

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202512147

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