廣州能源所在缺陷鈍化機制與柔性鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得進展

近日，中國科學院廣州能源研究所聯(lián)合俄羅斯聯(lián)邦化學物理和藥物化學問題研究中心、哈爾濱工業(yè)大學鄭州研究院和路易斯安那理工大學微制造研究所等，在界面缺陷鈍化機制與柔性鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得新的研究進展。

鈣鈦礦表面和晶界處的陷阱狀態(tài)是柔性鈣鈦礦太陽能電池（FPSC）進一步商業(yè)化的主要障礙之一。該研究將兩種新穎的多功能氟化丙胺鹽2,2,3,3,3-五氟丙胺鹽酸鹽（PFPACl）和3,3,3-三氟丙胺鹽酸鹽（TFPACl）原位引入光吸收層，以鈍化鈣鈦礦表面和晶界缺陷，并提高FPSCs的性能。核磁共振結果驗證了PFPACl和TFPACl與鈣鈦礦前驅體成分的強相互作用，首次從二維核磁共振數(shù)據(jù)中推導出了上述兩種添加劑與碘化甲脒形成的超分子配合物結構，指出了鈍化劑分子在鈣鈦礦成膜之前與其預先組織形成氫鍵的重要性。實驗和密度泛函理論計算表明，由于氟烷基較高的電負性，PFPACl可能更傾向于解離為R-NH³⁺-Cl^-的形式。因此，2,2,3,3,3-五氟丙胺鹽（PFPA⁺）與甲脒空位缺陷（V_FA）的結合強于其與3,3,3-三氟丙胺鹽（TFPA⁺）的結合，同時陰離子Cl^-與碘化甲脒空位缺陷（V_FAI）及FPSCs中未配位的鉛離子之間具有足夠強的相互作用，導致PFPACl可以均勻覆蓋于鈣鈦礦薄膜的整個表面，并更有效地與空穴傳輸層能級匹配。最終，經PFPACl原位修飾的FPSCs實現(xiàn)23.59%的光電轉換效率，在1000小時后仍保有89.8%的初始效率，表現(xiàn)出優(yōu)異的運行穩(wěn)定性。

相關研究成果已申請國家發(fā)明專利，研究論文發(fā)表于期刊Advanced Functional Materials（論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202405078）。論文第一單位為中國科學技術大學能源科學與技術學院（中國科學院廣州能源研究所），論文第一作者為廣州能源所太陽能研究室博士研究生曹曙光，通訊作者為廣州能源所徐雪青研究員等。

該研究獲得中國科技部外國專家項目、中國科學院國際交流計劃項目和中國科學院戰(zhàn)略性先導專項預研項目的支持。

柔性鈣鈦礦太陽能電池器件結構示意圖及PFPACl鈍化鈣鈦礦缺陷機理圖

不同條件下鈣鈦礦薄膜的納米級結構

第一性原理計算結果

柔性器件結構及性能