Science: 钙钛矿太阳能电池加点“碱”，滋味瞬间美妙！

张熙熙 2年前 (2023-02-26) 2105浏览

一、导读

金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)因具有高功率转换效率(PCEs)，从而提供了一条降低太阳能发电成本的途径。然而，实现技术相关性的主要障碍是必须通过加速退化试验进行耐久性评估。采用晶体硅(Si)和薄膜光伏(PV)组件的测试标准——在85%相对湿度(RH) 下进行85°C黑暗湿热试验，加快了PSCs的耐久性测试。这些测试通常用于评估封装的电池，而非光伏材料本身的耐久性。此外， PSCs在光照下会降解，特别是在开路(OC)条件下更为显著。这比在标准化的硅测试中看到的更严重。从机械论的角度而言，这些发现通常源自界面上的离子迁移和电荷积聚。

在AM1.5，85°C，及开路条件下的操作稳定性是重要的测试条件，但迄今为止对PSCs的研究十分有限。PSCs的光和热诱导降解与界面和晶界(GBs)处形成的点缺陷有关。使用封装可以减少水分诱导的降解，而钙钛矿薄膜中界面和GBs处缺陷的钝化用来提高PSCs的PCE和内在耐久性。利用含磷(P)-，氮(N)-，硫(S)-和氧(O)-的路易斯碱分子形成配位共价键，将电子提供给欠配位界面上的Pb原子和GBs原子，在增加PSC耐久性方面表现出特别的前景。

二、成果掠影

美国托莱多大学鄢炎发教授（Yanfa Yan）课题组利用密度泛函理论(DFT)，发现含有Ｐ的Lewis碱分子与不配位的Pb原子的结合最强。因此，作者利用含有二膦的分子在界面和GBs处提供额外的结合和桥接。这项研究采用少量二膦路易斯碱——1,3-双(二苯膦基)丙烷(DPPP)处理钙钛矿，发现可以提高PCE和耐久性:DPPP处理后的反式(p-i-n) PSCs显示出24.5%的优异PCE和耐久性。

相关研究工作以“Rational design of Lewis base molecules for stable and efficient inverted perovskite solar cells”为题发表在国际顶级期刊Science上。

三、核心创新点