王睿實驗室中的鈣鈦礦電池樣品。課題組供圖
西湖大學工學院特聘研究員王睿實驗室研究發現，利用強π-共軛型路易斯堿鈍化劑重度鈍化鈣鈦礦電池表面，有助于鈣鈦礦電池器件的長久穩定運行。近日，相關研究成果在線發表于《焦耳》。
該研究通過設計分子共軛面積，增強分子間的π-π相互作用，以最大限度抑制高濃度下鈍化劑分子對鈣鈦礦晶格的侵蝕，同時以最大程度形成有序的π-π堆砌，保證界面電荷的順利傳輸。
王睿團隊發現了一種熟悉的“老分子”的“新性質”。這種鈣鈦礦電池的缺陷鈍化劑，能在高濃度下使用而不會損傷電池性能。隨著器件運行時間的延長，儲備的鈍化劑分子能夠繼續“處理”電池運行后新產生的缺陷，從而延長器件的使用壽命。
在使用一系列分子作為電池鈍化劑的測試實驗中，王睿團隊觀察到有一類分子——具有最強π共軛的三聯吡啶分子，電池對它的濃度不敏感。三聯吡啶分子這一特性使其能在不降低電池器件性能的情況下，對鈣鈦礦進行高濃度鈍化，從而大大提高鈍化效果的耐久性。因此，經三聯吡啶鈍化的鈣鈦礦器件的光電轉換效率對所使用的鈍化劑濃度依賴較小。
在鈣鈦礦太陽能電池界，光電轉換效率和器件穩定性是“評優”的兩項指標。王睿團隊開發的新型鈍化劑鈣鈦礦電池的實驗數據顯示，經過三聯吡啶處理的鈣鈦礦表面器件表現出高達25.24%的光電轉換效率以及出色的器件穩定性，在一個太陽光照下運行2664小時后仍保持90%的初始效率。這個成績十分接近最高紀錄——最新報告的小面積器件光電轉換效率紀錄為26%。
該研究突出的價值是引導業界關注鈣鈦礦電池鈍化效果的持久性。同時，三聯吡啶分子作為鈍化劑的思路，將為更多科研人員設計濃度不敏感型的鈍化劑提供了指導。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.020
