廣州能源所等在缺陷鈍化機制與柔性鈣鈦礦太陽能電池研究中獲進展
【化工儀器網 項目成果】太陽能電池是一種通過光電效應或者光化學反應直接把光能轉化成電能的裝置。鈣鈦礦型太陽能電池(perovskite solar cells)，是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。
鈣鈦礦作為一種人工合成材料，在 2009 年首次被嘗試應用于光伏發電領域后，因為性能優異、成本低廉、商業價值巨大，從此大放異彩。然而鈣鈦礦表面和晶界處的陷阱狀態是柔性鈣鈦礦太陽能電池(FPSC)進一步商業化的主要障礙之一。
近日，中國科學院廣州能源研究所聯合俄羅斯科學院化學物理和藥物化學問題研究中心、哈爾濱工業大學鄭州研究院和美國路易斯安那理工大學微制造研究所等，在界面缺陷鈍化機制與柔性鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得進展。
該研究將兩種新穎的多功能氟化丙胺鹽2,2,3,3,3-五氟丙胺鹽酸鹽(PFPACl)和3,3,3-三氟丙胺鹽酸鹽(TFPACl)原位引入光吸收層，以鈍化鈣鈦礦表面和晶界缺陷，并提高FPSCs的性能。核磁共振結果驗證了PFPACl和TFPACl與鈣鈦礦前驅體成分的強相互作用，該研究在二維核磁共振數據中推導出上述兩種添加劑與碘化甲脒形成的超分子配合物結構，提出了鈍化劑分子在鈣鈦礦成膜之前與其預先組織形成氫鍵的重要性。實驗和密度泛函理論計算表明，由于氟烷基較高的電負性，PFPACl可能更傾向于解離為R-NH3+-Cl-的形式。因此，2,2,3,3,3-五氟丙胺鹽與甲脒空位缺陷的結合強于其與3,3,3-三氟丙胺鹽的結合，同時陰離子Cl-與碘化甲脒空位缺陷及FPSCs中未配位的鉛離子之間具有足夠強的相互作用，導致PFPACl可以均勻覆蓋于鈣鈦礦薄膜的整個表面，并更有效地與空穴傳輸層能級匹配。研究發現，經PFPACl原位修飾的FPSCs實現23.59%的光電轉換效率，在1000小時后仍保有89.8%的初始效率，表現出優異的運行穩定性。
相關研究成果Revealing Interaction of Fluorinated Propylamine Hydrochloride with Precursor and Defect States of Perovskite Films Toward Efficient Flexible Solar Cells于近日發表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上，并已申請國家發明專利。研究工作得到科學技術部和中國科學院的支持。
參考來源： 廣州能源研究所
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