上海交大韓奇峰組Adv. Electron. Mater：結(jié)晶增強(qiáng)+離子抑制！多功能添加劑助鈣鈦礦電池

主要內(nèi)容

上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的韓奇峰教授帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊，針對鈣鈦礦光吸收層中因缺陷輔助非輻射復(fù)合以及離子遷移所引發(fā)的高缺陷密度問題展開深入研究。此類問題已成為制約鈣鈦礦太陽能電池器件效率提升與長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，嚴(yán)重阻礙了該領(lǐng)域的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

研究過程中，團(tuán)隊創(chuàng)新性地將PTO作為多功能添加劑引入鈣鈦礦前驅(qū)體體系。PTO 分子結(jié)構(gòu)中富含的特定官能團(tuán)，使其能夠與鉛離子（Pb2?）和甲脒離子（FA?）形成穩(wěn)定的配位鍵和氫鍵。這種化學(xué)相互作用有效調(diào)控了鈣鈦礦的結(jié)晶動力學(xué)過程，減緩了結(jié)晶速率，從而顯著降低了晶體內(nèi)部的缺陷密度，大幅提升了鈣鈦礦晶體的結(jié)晶質(zhì)量。

與此同時，分布于晶界處的 PTO 分子通過其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)型，為自由移動的碘離子構(gòu)建了一個具有深度勢阱的能量環(huán)境，使得離子遷移所需跨越的活化能大幅增加，增幅達(dá)一倍，從本質(zhì)上有效抑制了離子遷移現(xiàn)象的發(fā)生。

在器件性能測試方面，得益于晶體質(zhì)量的顯著提升和缺陷的有效鈍化，基于 PTO 的鈣鈦礦太陽能電池器件效率成功達(dá)到 25.90%。在可靠性評估測試中，經(jīng)過 1000 小時的濕熱測試（85℃、85%RH）后，封裝器件的效率僅衰減了 4.9%，展現(xiàn)出優(yōu)異的耐濕熱環(huán)境性能。在**功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）條件下持續(xù)老化 2016 小時后，該器件仍能保持初始光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）的 92.4%，凸顯出其**的長期運(yùn)行穩(wěn)定性。

此外，通過**的**性原理計算和實驗表征相結(jié)合的研究方法，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn) PTO 中靜電勢**的區(qū)域位于其六元環(huán)結(jié)構(gòu)上。這一重要發(fā)現(xiàn)從微觀層面揭示了 PTO 在調(diào)控鈣鈦礦結(jié)晶過程以及抑制離子遷移方面的內(nèi)在作用機(jī)制，為深入理解 PTO 的多功能作用提供了堅實的理論依據(jù)和實驗支撐。

韓奇峰教授團(tuán)隊的這一研究成果，不僅為提升鈣鈦礦太陽能電池器件的效率和穩(wěn)定性提供了切實可行的新策略，更為設(shè)計具有綜合性能優(yōu)勢的多功能添加劑指明了清晰的研究方向，有望推動鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域朝著大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的方向加速邁進(jìn)。

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