【儀表網 研發快訊】盡管鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的功率轉換效率取得了顯著進展，但器件的不穩定性仍然是其商業化應用的一大障礙。這種不穩定性主要源于鹵素離子，尤其是碘離子(I?)的遷移。在光照和熱應力作用下，I?會發生遷移并轉化為I?，從而導致不可逆的降解和性能損失。因此，抑制PSCs器件中I-遷移至關重要。
 

　　為了解決這一問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期PSCs研究的基礎上(Joule. 2024, DOI:10.1016/j.joule.2024.01.021; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 135, e202217526; Adv. Funct. Mater. 2023, 2214788; Adv. Funct. Mater. 2023, 2210600; Infomat 2022, e12379; Nano Energy 2022, 93, 106800; Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630; Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416)，成功解決PSCs器件中I-遷移問題，在提升PSCs的運行穩定性方面取得重要進展。
 

　　在這項研究中，團隊創新性地將2,1,3-苯并噻二唑、5,6-二氟-4,7-雙(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷-2-基)(BT2F-2B)引入鈣鈦礦前驅體溶液中。其中，未雜化的p軌道與I?的孤對電子之間的強配位作用抑制了MAI/FAI的去質子化以及隨后的I?向I?的轉化。高度電負性的氟增強了其與I?之間的靜電相互作用。因此，BT2F-2B的協同作用有效抑制了鈣鈦礦的分解和碘空位缺陷密度。這種方法使得反式單結PSCs的光電轉換效率(PCE)超過了26%，并展現出卓越的運行穩定性。根據ISOS-L-3測試協議(在85℃和50%相對濕度下進行最大功率點跟蹤)，經過處理的PSCs在老化1000小時后仍能保留其原始PCE的85%。當將BT2F-2B應用于寬帶隙(1.77 eV)鈣鈦礦系統時，全鈣鈦礦串聯太陽能電池的PCE達到了27.8%，這證實了所提出策略的普遍性。
 

　　該工作以“Universal Approach for Managing Iodine Migration in Inverted Single-Junction and Tandem Perovskite Solar Cells.”為題發表在材料領域頂級期刊Advanced Materials(10.1002/adma.202410779)。寧波材料所碩士生宋振華、科研助理孫可軒和孟員員博士后為該論文的共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員、劉暢研究員和孟員員博士后為該論文的通訊作者。上述工作得到了國家杰出青年科學基金(21925506)、國家自然科學基金(U21A20331、81903743、22279151、22275004)和中國博士后科學基金(GZC20241798)的支持。(光電信息材料與器件實驗室  宋振華)
 

　　圖1 (a) 鈣鈦礦吸附BT2F-2B后的電子密度分布；(b) 反式鈣鈦礦太陽能電池器件效率；(c) ISOS-L-1和 (d) ISOS-L-3協議的鈣鈦礦太陽能電池的運行穩定性