近日,南方科技大學(xué)教授何祝兵團(tuán)隊(duì)在反式鈣鈦礦光伏電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要突破。研究成果發(fā)表于《自然》。
反式鈣鈦礦光伏電池因簡單的器件結(jié)構(gòu)、顯著的成本下降潛力和關(guān)鍵材料的選擇多樣性廣受關(guān)注。然而,由于晶格雜質(zhì)離子容忍度低,目前針對鈣鈦礦導(dǎo)電類型的可控?fù)诫s仍是關(guān)鍵難題;此外,作為非發(fā)光性深能級缺陷,鈣鈦礦體相晶界缺陷也是阻礙器件性能進(jìn)一步提升的主要原因。因此,開發(fā)一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦可控?fù)诫s與晶界鈍化的工藝,是當(dāng)前高效鈣鈦礦光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)化面臨的重要挑戰(zhàn)。
對此,何祝兵團(tuán)隊(duì)基于化學(xué)配位思想提出了一種全新的“分子擠出”工藝策略。帶有磷酸錨定基團(tuán)的p型吖啶小分子在鈣鈦礦成膜過程中被完美地?cái)D出至晶界和底部,從而對鈣鈦礦晶界和表面實(shí)現(xiàn)全面的覆蓋鈍化,深能級缺陷態(tài)密度降低至1013量級。同時(shí),鈣鈦礦晶粒表面與吖啶分子之間存在基于“電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合體”機(jī)制的明顯電子轉(zhuǎn)移,從而實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦的強(qiáng)p型摻雜,構(gòu)筑了能級失配僅為0.21eV的肖特基結(jié),顯著提高了界面空穴傳輸效率。
在無預(yù)置空穴傳輸層的鈣鈦礦電池領(lǐng)域,器件效率從22.20%提升至25.86%,第三方認(rèn)證效率達(dá)到25.39%,創(chuàng)下反式鈣鈦礦電池的世界紀(jì)錄。經(jīng)過1000小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)太陽光暴曬,器件效率仍保持初始效率的96.6%,而無晶界鈍化的參考電池暴曬500小時(shí)后,器件效率衰減超過20%。
該研究采用紅外原子力顯微鏡輔以二次離子質(zhì)譜技術(shù),直接呈現(xiàn)了吖啶分子在鈣鈦礦薄膜晶界和表面的分布,澄清了前人關(guān)于無空穴傳輸層電池中功能分子的分布猜測,指出連續(xù)的“分子擠出”薄層是實(shí)現(xiàn)高性能器件的關(guān)鍵因素。
原標(biāo)題:分子擠出”新工藝破解反式鈣鈦礦光伏技術(shù)難題