Science: 鈣鈦礦太陽能電池加點“堿”，滋味瞬間美妙！

張熙熙 5個月前 (02-26) 1048瀏覽

一、導讀

金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因具有高功率轉換效率(PCEs)，從而提供了一條降低太陽能發電成本的途徑。然而，實現技術相關性的主要障礙是必須通過加速退化試驗進行耐久性評估。采用晶體硅(Si)和薄膜光伏(PV)組件的測試標準——在85%相對濕度(RH) 下進行85°C黑暗濕熱試驗，加快了PSCs的耐久性測試。這些測試通常用于評估封裝的電池，而非光伏材料本身的耐久性。此外， PSCs在光照下會降解，特別是在開路(OC)條件下更為顯著。這比在標準化的硅測試中看到的更嚴重。從機械論的角度而言，這些發現通常源自界面上的離子遷移和電荷積聚。

在AM1.5，85°C，及開路條件下的操作穩定性是重要的測試條件，但迄今為止對PSCs的研究十分有限。PSCs的光和熱誘導降解與界面和晶界(GBs)處形成的點缺陷有關。使用封裝可以減少水分誘導的降解，而鈣鈦礦薄膜中界面和GBs處缺陷的鈍化用來提高PSCs的PCE和內在耐久性。利用含磷(P)-，氮(N)-，硫(S)-和氧(O)-的路易斯堿分子形成配位共價鍵，將電子提供給欠配位界面上的Pb原子和GBs原子，在增加PSC耐久性方面表現出特別的前景。

二、成果掠影

美國托萊多大學鄢炎發教授（Yanfa Yan）課題組利用密度泛函理論(DFT)，發現含有Ｐ的Lewis堿分子與不配位的Pb原子的結合最強。因此，作者利用含有二膦的分子在界面和GBs處提供額外的結合和橋接。這項研究采用少量二膦路易斯堿——1,3-雙(二苯膦基)丙烷(DPPP)處理鈣鈦礦，發現可以提高PCE和耐久性:DPPP處理后的反式(p-i-n) PSCs顯示出24.5%的優異PCE和耐久性。

相關研究工作以“Rational design of Lewis base molecules for stable and efficient inverted perovskite solar cells”為題發表在國際頂級期刊Science上。

三、核心創新點