記者1月21日從廈門大學(xué)獲悉，該校材料學(xué)院教授張金寶團隊與西安交通大學(xué)教授梁超團隊成功開發(fā)了一種分子壓印退火新方法，可精準調(diào)控鈣鈦礦缺陷的形成與演變過程，為提升鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性提供了新思路。最新研究成果近日發(fā)表于國際期刊《科學(xué)》。
鈣鈦礦太陽能電池具有光電轉(zhuǎn)換效率高、制作工藝簡單、成本低等優(yōu)勢，是產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重點方向。但制作鈣鈦礦多晶薄膜的熱退火步驟，易誘發(fā)碘空位等晶體缺陷的產(chǎn)生與累積，這些缺陷會加速鈣鈦礦結(jié)構(gòu)降解，導(dǎo)致電池在光照、潮濕、高溫等環(huán)境下性能衰減，成為制約器件長期穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。
為解決這一核心難題，研究團隊提出一種全新的“固態(tài)分子壓印退火”方法。在加熱退火過程中，他們將一種吡啶基分子模板壓印在鈣鈦礦薄膜表面，無需添加任何額外溶劑，就能從分子層面“實時約束”鈣鈦礦的缺陷演化。其中，優(yōu)化設(shè)計的2-吡啶乙胺分子和鈣鈦礦表面欠配位的鉛離子形成穩(wěn)定的雙齒配位結(jié)構(gòu)，在加熱退火過程中，有效穩(wěn)固鉛-碘鍵的連接網(wǎng)絡(luò)，從源頭上阻止了碘空位缺陷的產(chǎn)生和擴散。
這種“邊結(jié)晶、邊保護”的方法，既能提高鈣鈦礦材料的結(jié)晶度，又能顯著抑制晶體缺陷的產(chǎn)生和移動。實驗數(shù)據(jù)表明，用該法制作的鈣鈦礦太陽能電池，性能、耐用性及穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異。在85攝氏度、相對濕度60%的環(huán)境中，電池持續(xù)工作超過1600小時后，效率還能保持初始值的98%以上；同時，在環(huán)境中存放超過5000小時，電池性能幾乎無衰減。
“這項工作不僅提出了一種高效的鈍化方法，更從機制上闡釋了如何通過分子工程抑制熱誘導(dǎo)降解，為鈣鈦礦光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推進提供了重要思路。”梁超說。
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