我國有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池研究獲進展

【環球網科技綜合報道】2月26日消息，我國有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池研究獲進展，相關研究成果以“Formation Dynamics of Thermally Stable 1D/3D Perovskite Interfaces for High-Performance Photovoltaics”為題，發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。

資料顯示，鈣鈦礦太陽能電池效率已超過26.7%，逐漸逼近理論極限，而效率快速發展離不開表界面的缺陷鈍化特別是低維鈣鈦礦鈍化。在2D鈣鈦礦鈍化過程中，陽離子在熱的作用下易遷移滲透到3D鈣鈦礦內部甚至轉化為1D相，導致器件不穩定。目前，使用大體積陽離子形成低維鈣鈦礦鈍化層的背後機制以及不同維度鈣鈦礦之間的轉化過程尚不明確。

此前，中國科學院福建物質結構研究所高鵬團隊在不同條件下使用同一手性陽離子在3D鈣鈦礦表面形成2D或1D的鈍化層。

近日，該團隊在前期成果的基礎上，研究N-甲基-1-萘甲銨（M-NMA+）陽離子，分析M-NMA+ 的低維鈣鈦礦的形成動力學，發現M-NMA+的分子間π–π堆疊及其與產物結構內無機PbI6八面體的氫鍵連接控制低維鈣鈦礦形成。在N,N-二甲基甲酰胺前驅體溶液中，研究可同時獲得1D和2D兩種產物。與1D相比，由於M-NMA+和N,N-二甲基甲酰胺溶劑之間的強相互作用，2D鈣鈦礦的形成高度依賴異質成核。

研究發現，使用M-NMAI的異丙醇溶液對3D鈣鈦礦薄膜進行處理後，僅在表面形成熱穩定的1D相。1D具有比2D更穩定的結構，M-NMA+分子間具有更有利的π–π相互作用、與無機PbI6八面體更強的氫鍵連接以及更加牢固的鏈狀PbI6八面體無機骨架。由此產生的1D/3D異質結構，使鈣鈦礦太陽能電池獲得25.51%的1D鈣鈦礦鈍化效率，提高了未封裝器件在85 °C下的熱穩定性。

上述研究加深了科學家對低維鈣鈦礦形成動力學的認知，揭示了有機-無機雜化鈣鈦礦的非典型結晶動力學，併為製備穩定且高效的鈣鈦礦太陽能電池提供了策略。（青雲）