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

發(fā)表時間：2025-04-11 16:36

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主要內(nèi)容

通過低溫溶液法制備的全無機CsPbI?鈣鈦礦薄膜在結(jié)晶過程中往往會產(chǎn)生大量缺陷，這些缺陷會嚴(yán)重影響鈣鈦礦太陽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。

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)隊開展了一項重要研究。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)來鈍化表面缺陷并穩(wěn)定CsPbI?晶體結(jié)構(gòu)。

在研究過程中，團(tuán)隊首先通過特定的低溫溶液法**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)出顯著增強的配位能力。特別是，2 - PyEA的雙齒錨定作用會引入晶格畸變，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處理的鈣鈦礦太陽能電池在有效面積為0.09 cm2和1.0 cm2時，分別實現(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)照明條件下甚至實現(xiàn)了39.95%的更高光電轉(zhuǎn)換效率。此外，該器件在相對濕度為5%的環(huán)境條件下表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。

總之，姚建曦副院長團(tuán)隊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。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）下實現(xiàn)了21.35%的**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），在室內(nèi)照明下實現(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）下儲存800小時后仍能保持其初始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期穩(wěn)定性的高性能無機鈣鈦礦太陽能電池提供了一種直接而有效的表面鈍化策略。