宁波材料所在反式钙钛矿太阳能电池领域取得进展

2024年12月05日 11:31:28 人气: 16766 来源: 宁波材料技术与工程研究所

　　【仪表网研发快讯】尽管钙钛矿太阳能电池(PSCs)的功率转换效率取得了显著进展，但器件的不稳定性仍然是其商业化应用的一大障碍。这种不稳定性主要源于卤素离子，尤其是碘离子(I?)的迁移。在光照和热应力作用下，I?会发生迁移并转化为I?，从而导致不可逆的降解和性能损失。因此，抑制PSCs器件中I-迁移至关重要。

　　为了解决这一问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员和刘畅研究员等人在前期PSCs研究的基础上(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)，成功解决PSCs器件中I-迁移问题，在提升PSCs的运行稳定性方面取得重要进展。

　　在这项研究中，团队创新性地将2,1,3-苯并噻二唑、5,6-二氟-4,7-双(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼烷-2-基)(BT2F-2B)引入钙钛矿前驱体溶液中。其中，未杂化的p轨道与I?的孤对电子之间的强配位作用抑制了MAI/FAI的去质子化以及随后的I?向I?的转化。高度电负性的氟增强了其与I?之间的静电相互作用。因此，BT2F-2B的协同作用有效抑制了钙钛矿的分解和碘空位缺陷密度。这种方法使得反式单结PSCs的光电转换效率(PCE)超过了26%，并展现出卓越的运行稳定性。根据ISOS-L-3测试协议(在85℃和50%相对湿度下进行最大功率点跟踪)，经过处理的PSCs在老化1000小时后仍能保留其原始PCE的85%。当将BT2F-2B应用于宽带隙(1.77 eV)钙钛矿系统时，全钙钛矿串联太阳能电池的PCE达到了27.8%，这证实了所提出策略的普遍性。

　　该工作以“Universal Approach for Managing Iodine Migration in Inverted Single-Junction and Tandem Perovskite Solar Cells.”为题发表在材料领域顶级期刊Advanced Materials(10.1002/adma.202410779)。宁波材料所硕士生宋振华、科研助理孙可轩和孟员员博士后为该论文的共同第一作者，宁波材料所葛子义研究员、刘畅研究员和孟员员博士后为该论文的通讯作者。上述工作得到了国家杰出青年科学基金(21925506)、国家自然科学基金(U21A20331、81903743、22279151、22275004)和中国博士后科学基金(GZC20241798)的支持。(光电信息材料与器件实验室宋振华)

　　图1 (a) 钙钛矿吸附BT2F-2B后的电子密度分布；(b) 反式钙钛矿太阳能电池器件效率；(c) ISOS-L-1和 (d) ISOS-L-3协议的钙钛矿太阳能电池的运行稳定性

关键词：钙钛矿太阳能电池

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