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華電姚建曦組small：實(shí)現(xiàn)高效 CsPbI3太陽(yáng)能電池通過(guò)Lewis 基雙齒錨定缺陷鈍化和應(yīng)力調(diào)控

發(fā)表時(shí)間：2025-04-11 16:36

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主要內(nèi)容

通過(guò)低溫溶液法制備的全無(wú)機(jī)CsPbI?鈣鈦礦薄膜在結(jié)晶過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生大量缺陷，這些缺陷會(huì)嚴(yán)重影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電性能和穩(wěn)定性。因此，尋找有效的表面鈍化方法來(lái)減少缺陷、提高材料穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率是當(dāng)前該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

在此背景下，華北電力大學(xué)新能源學(xué)院姚建曦帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一項(xiàng)重要研究。該研究采用一種含有吡啶環(huán)和烷基胺的雙齒路易斯堿—— 2-(2-pyridyl)ethylamine (2-PyEA)來(lái)鈍化表面缺陷并穩(wěn)定CsPbI?晶體結(jié)構(gòu)。

在研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)特定的低溫溶液法**制備了CsPbI?鈣鈦礦薄膜，隨后采用優(yōu)化的工藝條件將2 - PyEA均勻地修飾在薄膜表面。與單齒配體相比，2 - PyEA表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的配位能力。特別是，2 - PyEA的雙齒錨定作用會(huì)引入晶格畸變，并將CsPbI?薄膜中的拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力，從而提高了鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

經(jīng)2 - PyEA處理的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在有效面積為0.09 cm2和1.0 cm2時(shí)，分別實(shí)現(xiàn)了21.35%和17.19%的令人印象深刻的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。值得注意的是，該器件在室內(nèi)照明條件下甚至實(shí)現(xiàn)了39.95%的更高光電轉(zhuǎn)換效率。此外，該器件在相對(duì)濕度為5%的環(huán)境條件下表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。

總之，姚建曦副院長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)提出了一種采用具有雙齒錨定分子結(jié)構(gòu)的2 - PyEA進(jìn)行表面鈍化的策略，以提高CsPbI?鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）的光電性能和穩(wěn)定性。2 - PyEA中的吡啶環(huán)氮原子和烷基胺部分能夠與未配位的Pb2?離子牢固配位。理論模擬表明，與吡啶（Py）和苯乙胺（PEA）作為單齒配體的類似物相比，2 - PyEA表現(xiàn)出更高的結(jié)合能，表明其與未配位Pb2?離子的相互作用更強(qiáng)。此外，2 - PyEA的雙齒錨定作用穩(wěn)定了PbI?八面體并減輕了晶格畸變。吡啶環(huán)和?NH?的協(xié)同作用有效減少了與Pb相關(guān)的缺陷，抑制了載流子的非輻射復(fù)合，并促進(jìn)了界面空穴轉(zhuǎn)移。

因此，基于CsPbI? - 2 - PyEA的PSCs在標(biāo)準(zhǔn)AM 1.5G照明（100 mW cm?2）下實(shí)現(xiàn)了21.35%的**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），在室內(nèi)照明下實(shí)現(xiàn)了39.95%的光電轉(zhuǎn)換效率。大面積器件（1 cm2）的CsPbI? - 2PyEA PSCs的PCE為17.19%。經(jīng)2 - PyEA處理的CsPbI? PSCs在環(huán)境條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，未封裝的器件在環(huán)境條件（25°C，5% RH）下儲(chǔ)存800小時(shí)后仍能保持其初始PCE的93%，優(yōu)于CsPbI?（59%）、CsPbI? - Py（66%）和CsPbI? - PEA（71%）器件。本研究為制造兼具高效和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的高性能無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了一種直接而有效的表面鈍化策略。