張曉丹&丁毅ACS：23.03%效率！雙分子鈍化賦能反式鈣鈦礦電池高效穩(wěn)定

發(fā)表時(shí)間：2025-11-20 11:03

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主要內(nèi)容

鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的鈣鈦礦 - 電子傳輸層（ETL）界面存在高密度缺陷，仍是制約其性能進(jìn)一步提升的關(guān)鍵瓶頸。傳統(tǒng)鈍化策略多采用單一的大體積銨陽離子作為鈍化劑，這類鈍化劑在鈍化表面缺陷的同時(shí)，往往會誘導(dǎo)二維（2D）鈣鈦礦相形成，進(jìn)而阻礙光生載流子的高效傳輸與提取。針對這一核心問題，南開大學(xué)丁毅和張曉丹帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)開展專項(xiàng)研究，提出了一種高效的雙分子鈍化策略 —— 通過精準(zhǔn)優(yōu)化正丁基銨溴化物（n-BABr）與苯乙胺碘化物（PEAI）的配比實(shí)現(xiàn)表面協(xié)同鈍化，成功形成穩(wěn)定且致密的鈍化單分子層，將缺陷密度從 1.027×101? cm?3 顯著降至 4.073×101? cm?3。

該策略的核心優(yōu)勢在于：

一方面，鈍化劑間的空間位阻競爭效應(yīng)可有效抑制二維鈣鈦礦的生成，避免傳統(tǒng)單一鈍化劑易引發(fā)的低維相變問題；

另一方面，通過優(yōu)化鈣鈦礦與電子傳輸層之間的能級排列，消除了電子提取勢壘，同步提升了異質(zhì)結(jié)處的載流子提取與收集效率。值得注意的是，盡管 PEAI 和 n-BABr 單獨(dú)使用時(shí)均能實(shí)現(xiàn)一定鈍化效果，但表面易形成的二維鈣鈦礦相會阻礙光生載流子傳輸，而團(tuán)隊(duì)提出的協(xié)同策略通過引發(fā)位點(diǎn)競爭性占據(jù)，在抑制低維相變的同時(shí)大幅降低缺陷密度，實(shí)現(xiàn)了 1+1>2 的鈍化效果。

最終，采用該雙分子鈍化策略的器件，光電轉(zhuǎn)換效率從 20.15% 大幅提升至 23.03%；未封裝器件在儲存 1000 小時(shí)后仍保留 95.4% 的初始效率，顯著超越傳統(tǒng) PEAI 鈍化器件 91.4% 的穩(wěn)定性基準(zhǔn)。

此外，該研究雖主要聚焦于甲脒 - 銫（FA-Cs）基鈣鈦礦體系，但所提出的雙分子鈍化策略有望具備跨體系普適性。其核心作用機(jī)制包括通過空間位阻競爭抑制低維相形成、借助互補(bǔ)官能團(tuán)（如溴離子與銨基）實(shí)現(xiàn)缺陷鈍化 —— 這些機(jī)制并非 FA-Cs 鈣鈦礦所獨(dú)有，而是普遍適用于甲脒鉛碘（MAPbI?）或混合陽離子鈣鈦礦等主流鈣鈦礦體系，因?yàn)樗鼈兙哂邢嗨频谋砻嫒毕蓊愋停ㄈ玢U離子空位與碘離子空位）。此前的研究也已證實(shí)，PEAI 或 BABr 單獨(dú)使用時(shí)已在多種鈣鈦礦組分中得到成功應(yīng)用。不過，針對不同鈣鈦礦配方，需根據(jù)其結(jié)晶動力學(xué)與表面能的差異，針對性調(diào)整兩種分子的**配比及加工條件。

丁毅和張曉丹團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究，不僅提出了可有效抑制二維鈣鈦礦相生長的新型界面鈍化方法，為鈣鈦礦異質(zhì)界面優(yōu)化提供了**前景的技術(shù)途徑，更有力推動了高效、穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池的制備與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。