西湖大學工學院特聘研究員王睿實驗室公布了最新成果——強π-共軛型路易斯堿鈍化劑重度鈍化鈣鈦礦表面、用于長久穩定基于spiro-OMeTAD的正式器件。近日，相關研究成果在線發表于《焦耳》。
該研究通過設計分子共軛面積，增強分子間的π-π相互作用，以最大限度地抑制高濃度下鈍化劑分子對鈣鈦礦晶格的侵蝕，同時最大程度地形成有序的π-π堆砌，保證界面電荷的順利傳輸。
王睿實驗室中的鈣鈦礦電池樣品。課題組供圖
他們發現了一種熟悉的“老分子”的“新性質”：作為鈣鈦礦電池的缺陷鈍化劑，能在高濃度下使用、不會“損傷”電池性能；這樣，隨著器件運行時間的延長，儲備的鈍化劑分子能夠繼續“處理”電池運行后新產生的缺陷，從而提高器件的使用壽命。
在使用一系列分子作為電池鈍化劑的測試實驗中，研究團隊察覺到了有一類分子，電池對它的濃度“不敏感”：具有最強π共軛的三聯吡啶分子。三聯吡啶分子的特性能在不降低電池器件性能的情況下，對鈣鈦礦進行高濃度鈍化，從而大大提高了鈍化效果的耐久性。因此，經三聯吡啶鈍化的鈣鈦礦器件，它的光電轉換效率，對所使用的鈍化劑濃度依賴小。
在鈣鈦礦太陽能電池界，“評優”的指標有兩項：光電轉換效率和器件穩定性。王睿團隊開發的新型鈍化劑的鈣鈦礦電池，其實驗數據顯示，經過三聯吡啶處理的鈣鈦礦表面器件表現出高達25.24%的光電轉換效率以及出色的器件穩定性，在一個太陽光照下運行2664小時后仍保持90%的初始效率。這個成績貼近但并未打破最高紀錄——目前，最新報告的小面積器件光電轉化效率的紀錄是26%。
但它更突出的價值，是引導業界關注鈣鈦礦電池鈍化效果的持久性；同時，三聯吡啶分子作為鈍化劑的思路，也為業界送出了一塊探路的“磚”，將為更多科研人員繼續設計濃度無敏感型的鈍化劑提供指導。
論文第一作者為西湖大學工學院助理研究員王思思，復旦大學博士后姚滄浪為共同第一作者。王睿、浙江大學研究員薛晶晶為共同通訊作者。
