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近日，中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所聯(lián)合俄羅斯聯(lián)邦化學(xué)物理和藥物化學(xué)問題研究中心、哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭州研究院和路易斯安那理工大學(xué)微制造研究所等，在界面缺陷鈍化機(jī)制與柔性鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得新的研究進(jìn)展。

鈣鈦礦表面和晶界處的陷阱狀態(tài)是柔性鈣鈦礦太陽能電池（FPSC）進(jìn)一步商業(yè)化的主要障礙之一。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(jié)果驗(yàn)證了PFPACl和TFPACl與鈣鈦礦前驅(qū)體成分的強(qiáng)相互作用，首次從二維核磁共振數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出了上述兩種添加劑與碘化甲脒形成的超分子配合物結(jié)構(gòu)，指出了鈍化劑分子在鈣鈦礦成膜之前與其預(yù)先組織形成氫鍵的重要性。實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論計(jì)算表明，由于氟烷基較高的電負(fù)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（PFPA⁺）與甲脒空位缺陷（V_FA）的結(jié)合強(qiáng)于其與3,3,3-三氟丙胺鹽（TFPA⁺）的結(jié)合，同時(shí)陰離子Cl^-與碘化甲脒空位缺陷（V_FAI）及FPSCs中未配位的鉛離子之間具有足夠強(qiáng)的相互作用，導(dǎo)致PFPACl可以均勻覆蓋于鈣鈦礦薄膜的整個(gè)表面，并更有效地與空穴傳輸層能級(jí)匹配。最終，經(jīng)PFPACl原位修飾的FPSCs實(shí)現(xiàn)23.59%的光電轉(zhuǎn)換效率，在1000小時(shí)后仍保有89.8%的初始效率，表現(xiàn)出優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性。

相關(guān)研究成果已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，研究論文發(fā)表于期刊Advanced Functional Materials（論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202405078）。論文第一單位為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)能源科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所），論文第一作者為廣州能源所太陽能研究室博士研究生曹曙光，通訊作者為廣州能源所徐雪青研究員等。

該研究獲得中國(guó)科技部外國(guó)專家項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際交流計(jì)劃項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)預(yù)研項(xiàng)目的支持。

柔性鈣鈦礦太陽能電池器件結(jié)構(gòu)示意圖及PFPACl鈍化鈣鈦礦缺陷機(jī)理圖

不同條件下鈣鈦礦薄膜的納米級(jí)結(jié)構(gòu)

第一性原理計(jì)算結(jié)果

柔性器件結(jié)構(gòu)及性能