【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】在過(guò)去的十年里，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)高速發(fā)展，其新的認(rèn)證光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)25.2%。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率很大程度上取決于鈣鈦礦光活性層的結(jié)晶質(zhì)量，這也是溶液法制備鈣鈦礦薄膜所需考慮的首要問(wèn)題。
 

　　在溶液法制備鈣鈦礦薄膜前，需要一定的溫度和攪拌來(lái)確保前驅(qū)體充分溶解，在將來(lái)的工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，這個(gè)過(guò)程可能更長(zhǎng)。因此，需要鈣鈦礦前驅(qū)體溶液成分保持穩(wěn)定。對(duì)甲胺鉛碘單一體系，只要溶液體系足夠密封，材料本身還是非常穩(wěn)定的。而當(dāng)溶液體系中甲胺和甲脒共存的情況下，溶液的衰變尤為明顯，造成的結(jié)果是需要在每次做器件前配置新鮮的溶液，這不僅給器件研究工作帶來(lái)了繁瑣性，也帶來(lái)了很大的不可控性，已成為限制鈣鈦礦器件發(fā)展的重要阻礙。
 

　　針對(duì)這一難題，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員崔光磊和逄淑平研究組近期對(duì)鈣鈦礦前驅(qū)溶液的老化過(guò)程進(jìn)行了深入研究。研究人員發(fā)現(xiàn)，在甲胺離子和甲脒離子的混合有機(jī)陽(yáng)離子鈣鈦礦溶液中發(fā)生了明顯的副反應(yīng)，并找到了抑制這些副反應(yīng)的解決方案，證明了提高鈣鈦礦前驅(qū)溶液的穩(wěn)定性是進(jìn)一步提升電池光電效率和增強(qiáng)器件可重復(fù)性的關(guān)鍵。研究成果發(fā)表于Chem。
 

　　研究人員利用核磁共振技術(shù)跟蹤溶液老化過(guò)程的成分變化，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，鈣鈦礦溶液中碘化甲胺和碘化甲脒的成分逐漸減少，隨之出現(xiàn)了一些新的化合物，這在以前是未被發(fā)現(xiàn)的。他們終確定了副反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)并揭示了其反應(yīng)機(jī)理，實(shí)際上是碘化甲胺去質(zhì)子化后，再與碘化甲脒發(fā)生的加成-消除反應(yīng)。為了進(jìn)一步印證結(jié)論的準(zhǔn)確性，他們又通過(guò)化學(xué)手段合成了該類物質(zhì)，具有相同的核磁信號(hào)。
 

　　發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的目的是為了解決這一問(wèn)題，研究人員隨之引入硼酸三乙酯到溶液中，利用硼的空軌道與碘化甲胺的碘離子相互作用，限制其去質(zhì)子化，從而有效限制了進(jìn)一步與碘化甲脒的加成-消除反應(yīng)，達(dá)到了提高鈣鈦礦前驅(qū)體溶液穩(wěn)定性的目的。硼酸三乙酯是一種常用的低沸點(diǎn)溶劑，在后續(xù)薄膜的加熱過(guò)程中可以完全揮發(fā)，不會(huì)在鈣鈦礦薄膜中殘留，這對(duì)制備高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜是尤為重要的。
 

　　此外，研究人員還研究了可能存在的其它副反應(yīng)，如之前報(bào)道的溶劑分解生成二甲胺等，但是這類反應(yīng)通常在非常高的溫度下才能發(fā)生。在常規(guī)制備鈣鈦礦薄膜的過(guò)程中，甲胺和甲脒間的副反應(yīng)是主要的，這也解釋了在甲胺甲脒復(fù)合鈣鈦礦薄膜當(dāng)中雜相很難被完全消除的原因。
 

　　該研究獲得山東省人才工程、省杰出青年基金、創(chuàng)新研究院合作基金、國(guó)家優(yōu)秀青年基金等的支持。