重大陳世建AFM：FF破86%！金屬有機(jī)鹽界面精準(zhǔn)調(diào)控，使PSCs效率達(dá)25.32%！

發(fā)表時(shí)間：2025-09-23 09:42

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主要內(nèi)容

在倒置（p-i-n）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）中，界面處的非輻射復(fù)合現(xiàn)象長(zhǎng)期成為制約器件效率與穩(wěn)定性的關(guān)鍵瓶頸。為突破這一技術(shù)難題，重慶大學(xué)陳世建教授、鄧業(yè)浩教授與凌旭峰副研究員領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新性地引入一種金屬有機(jī)鹽——全氟己基乙基磺酸鉀（Potassium perfluorohexyl ethyl sulfonate，PPFES）。該分子兼具多齒磺酸根（SO??）基團(tuán)與疏水性全氟烷基尾鏈的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣鈦礦/電子傳輸層（ETL）界面的精準(zhǔn)調(diào)控。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)性的理論與實(shí)驗(yàn)研究揭示，PPFES的界面調(diào)控作用呈現(xiàn)三重協(xié)同效應(yīng)：

其一，缺陷鈍化機(jī)制——磺酸根與鉛（Pb2?）通過(guò)強(qiáng)配位作用形成穩(wěn)定螯合結(jié)構(gòu)，有效修復(fù)鈣鈦礦表面未配位鉛缺陷及碘空位；

其二，環(huán)境防護(hù)機(jī)制——全氟烷基尾鏈在界面處構(gòu)建疏水屏障，將水汽滲透速率降低至原始器件的1/5以下；

其三，能帶工程機(jī)制——通過(guò)分子偶極作用使電子傳輸層功函數(shù)下調(diào)0.3 eV，實(shí)現(xiàn)與鈣鈦礦層的能級(jí)完美匹配?；谏鲜鰴C(jī)制，PPFES改性器件展現(xiàn)出**的光電性能：**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達(dá)25.32%，填充因子（FF）突破86.39%，在1.55 eV帶隙下達(dá)到肖克利-奎伊瑟（Shockley-Queisser）極限的95.6%。

在穩(wěn)定性驗(yàn)證方面，該器件通過(guò)多項(xiàng)嚴(yán)苛測(cè)試：

在60%相對(duì)濕度空氣中持續(xù)老化1200小時(shí)后，仍保持初始效率的90%；于35℃、AM 1.5G光照條件下進(jìn)行**功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）1300小時(shí)后，效率衰減僅12%。特別值得注意的是，PPFES的氟化尾鏈?zhǔn)光}鈦礦薄膜的接觸角提升至112°，顯著抑制了光照下碘離子遷移引發(fā)的相分離現(xiàn)象，從而確保器件在連續(xù)工作狀態(tài)下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

本研究構(gòu)建的"缺陷鈍化-環(huán)境防護(hù)-能帶優(yōu)化"三位一體界面工程范式，為高效穩(wěn)定鈣鈦礦光伏器件的開(kāi)發(fā)提供了全新思路。通過(guò)分子水平上的界面化學(xué)設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)成功將器件效率推向理論極限的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性的數(shù)量級(jí)提升。這項(xiàng)突破不僅為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化應(yīng)用掃清了關(guān)鍵障礙，更為第三代光伏技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)信息

Interface Tailoring by Multifunctional Metal–Organic Salts Enables Efficient Perovskite Solar Cells with a Fill Factor Over 86%

Guoliang Xiong, Yangbin Fu, Xufeng Ling, Hongyu Wang, Hongxin Tian, Junjun Guo, Fang Liu, Lin Gui, Shengdong Cen, Yuhang Liu, Yehao Deng, Shijian Chen

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202515859