南方科技大学 “分子挤出”新工艺破解反式钙钛矿光伏技术难题
文章来源：中国科学报 更新时间：2023-06-27 15:26:37
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本报讯（记者刁雯蕙）近日，南方科技大学教授何祝兵团队在反式钙钛矿光伏电池领域实现重要突破。研究成果发表于《自然》。
反式钙钛矿光伏电池因简单的器件结构、显著的成本下降潜力和关键材料的选择多样性广受关注。然而，由于晶格杂质离子容忍度低，目前针对钙钛矿导电类型的可控掺杂仍是关键难题；此外，作为非发光性深能级缺陷，钙钛矿体相晶界缺陷也是阻碍器件性能进一步提升的主要原因。因此，开发一种能同时实现钙钛矿可控掺杂与晶界钝化的工艺，是当前高效钙钛矿光伏技术产业化面临的重要挑战。 对此，何祝兵团队基于化学配位思想提出了一种全新的“分子挤出”工艺策略。带有磷酸锚定基团的p型吖啶小分子在钙钛矿成膜过程中被完美地挤出至晶界和底部，从而对钙钛矿晶界和表面实现全面的覆盖钝化，深能级缺陷态密度降低至1013量级。同时，钙钛矿晶粒表面与吖啶分子之间存在基于“电荷转移复合体”机制的明显电子转移，从而实现了钙钛矿的强p型掺杂，构筑了能级失配仅为0.21eV的肖特基结，显著提高了界面空穴传输效率。 在无预置空穴传输层的钙钛矿电池领域，器件效率从22.20%提升至25.86%，第三方认证效率达到25.39%，创下反式钙钛矿电池的世界纪录。经过1000小时标准太阳光暴晒，器件效率仍保持初始效率的96.6%，而无晶界钝化的参考电池暴晒500小时后，器件效率衰减超过20%。 该研究采用红外原子力显微镜辅以二次离子质谱技术，直接呈现了吖啶分子在钙钛矿薄膜晶界和表面的分布，澄清了前人关于无空穴传输层电池中功能分子的分布猜测，指出连续的“分子挤出”薄层是实现高性能器件的关键因素。 |
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