新型钝化剂可提升钙钛矿电池性能
更新时间:2024-02-29

记者26日获悉,西湖大学工学院王睿实验室发现,利用强π共轭型路易斯碱钝化剂,重度钝化钙钛矿电池表面,有助于钙钛矿电池器件的长久稳定运行。相关研究成果近日在线发表于《焦耳》期刊

王睿介绍,完整的钙钛矿分子拥有八面体晶格结构。但在制备钙钛矿电池过程中,钙钛矿分子经常发生离子的缺失,这种情况被称为缺陷。目前克服钙钛矿分子缺陷的方法是钝化,即利用钝化剂把缺失的部位补上,或让缺失更难形成。

事实上,钙钛矿电池表面的缺陷数量,会随着电池运行时间的延长逐渐增加。比如,将钙钛矿电池放在太阳光下照射,某些离子可能会产生迁移。

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西湖大学王睿实验室的钙钛矿电池样品。图片来源:西湖大学王睿实验室

“目前,钝化剂浓度通常针对新制备的钙钛矿电池器件而设计。为了尽可能不损伤电池,钝化剂浓度通常很低。但初始低浓度的钝化剂无法持续钝化越来越多新的缺陷。”王睿说,原则上,如果起初使用高浓度钝化剂,或许可以对新缺陷进行钝化。但这一方法至今尚未成功,因为高浓度钝化剂容易对器件性能产生负面影响。

针对钙钛矿电池制备过程中这一关键问题,王睿实验室提出新的解决方案。研究团队在使用一系列分子作为电池钝化剂的测试实验中,发现电池对其中一类分子的浓度“不敏感”:具有最强π共轭的三联吡啶分子。

他们将这类分子作为钝化剂,并把分子的浓度提高到常规浓度的20倍。利用理论计算模拟、掠入射X射线衍射等验证手段,研究团队发现,即使在高浓度情况下,这类分子也可以有序堆砌在钙钛矿电池表面,对钙钛矿分子的晶格破坏小,且其堆砌的方向,有利于界面电荷的提取和传输。

“三联吡啶分子这种独特的特性,能在不降低电池器件性能的情况下,对钙钛矿电池进行高浓度钝化,从而大大提高钝化效果的耐久性。”王睿介绍。

实验数据显示,经过三联吡啶分子钝化的钙钛矿电池表面器件,光电转换效率高达25.24%,在太阳光照下运行2664小时后仍保持90%的初始效率,具备出色的器件稳定性。

来源:科技日报


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