钙钛矿电池“缺陷”新方法：离子缺失

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能够将光能转化为电能的钙钛矿电池，在实验室的单个小区域内光电转化率达到25%以上。 它们被认为是继硅太阳能电池之后另一种理想的新能源电池。 然而，在钙钛矿电池的制备过程中，有一个不可避免的环节：离子损失。

论文共同通讯作者王锐研究员介绍，钙钛矿分子具有独特的结构。 分子结构中的一些离子形成八面体立方晶格，就像一个独立的积木结构。 离子元素的不同组合会产生不同的性质和效果。 当无数的钙钛矿分子聚集在一起时，它们就形成了更大的规则的三维结构。 在钙钛矿电池的制备过程中，经常发生离子损耗。 这种情况称为“缺陷”。

克服“缺陷”的方法就是“钝化”。 所谓“钝化”是指弥补缺失的部分，或者使缺陷更难形成。 王锐介绍，目前钝化剂的种类很多。 无论它们是固体、液体还是气体钝化剂，它们都会“滴”在钙钛矿薄膜的表面。 这个过程就是“缺陷钝化”。 钙钛矿电池出厂前，必须经过“缺陷钝化”的关键步骤。

随着电池装置运行时间的增加，钙钛矿电池表面缺陷的“浓度”也会增加，即电池会产生“非计划”缺陷。 例如，如果暴露在阳光下，某些离子可能会迁移； 同时，如果电池使用时间较长，可能会出现新的缺陷。

王锐介绍，目前的钝化剂浓度通常是针对新制备的器件而设计的。 为了尽可能避免损坏电池，钝化剂的浓度也保持在尽可能低的数量级。 然而，初始低浓度的钝化剂无法继续“钝化”越来越多的新产生的缺陷。 原则上，如果最初使用高浓度的钝化剂，则可能可以在以后出现新缺陷时对其进行处理。 但这种策略到目前为止尚未成功，因为高浓度的钝化剂通常会对器件性能产生不利影响。

在使用一系列分子作为电池钝化剂的测试实验中，研究小组发现了一种分子，即三联吡啶分子，电池对其浓度“不敏感”。 研究人员使用这类分子作为钝化剂，并将该分子的浓度提高到正常使用浓度的20倍。 各种验证方法发现，即使在高浓度下，此类分子也能有序地堆积在钙钛矿表面，对钙钛矿晶格造成的破坏很小，而且它们的堆积方向有利于界面电荷的引出。 和传输。

三联吡啶分子的这一特性能够在不降低电池器件性能的情况下对钙钛矿进行高浓度钝化，从而提高钝化效果的持久性。 实验数据表明，经三联吡啶处理的钙钛矿表面器件表现出高达25.24%的光电转换效率和优异的器件稳定性，在标准测试条件下运行2664小时后仍保持90%的初始效率。

《人民日报》（2024年2月26日第19页）