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華電姚建曦組small：實現高效 CsPbI3太陽能電池通過Lewis 基雙齒錨定缺陷鈍化和應力調控

發表時間：2025-04-11 16:36

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主要內容

通過低溫溶液法制備的全無機CsPbI?鈣鈦礦薄膜在結晶過程中往往會產生大量缺陷，這些缺陷會嚴重影響鈣鈦礦太陽能電池的光電性能和穩定性。因此，尋找有效的表面鈍化方法來減少缺陷、提高材料穩定性和光電轉換效率是當前該領域研究的重點。

在此背景下，華北電力大學新能源學院姚建曦帶領團隊開展了一項重要研究。該研究采用一種含有吡啶環和烷基胺的雙齒路易斯堿—— 2-(2-pyridyl)ethylamine (2-PyEA)來鈍化表面缺陷并穩定CsPbI?晶體結構。

在研究過程中，團隊首先通過特定的低溫溶液法**制備了CsPbI?鈣鈦礦薄膜，隨后采用優化的工藝條件將2 - PyEA均勻地修飾在薄膜表面。與單齒配體相比，2 - PyEA表現出顯著增強的配位能力。特別是，2 - PyEA的雙齒錨定作用會引入晶格畸變，并將CsPbI?薄膜中的拉應力轉化為壓應力，從而提高了鈣鈦礦材料的結構穩定性。

經2 - PyEA處理的鈣鈦礦太陽能電池在有效面積為0.09 cm2和1.0 cm2時，分別實現了21.35%和17.19%的令人印象深刻的光電轉換效率（PCE）。值得注意的是，該器件在室內照明條件下甚至實現了39.95%的更高光電轉換效率。此外，該器件在相對濕度為5%的環境條件下表現出更高的穩定性。

總之，姚建曦副院長團隊提出了一種采用具有雙齒錨定分子結構的2 - PyEA進行表面鈍化的策略，以提高CsPbI?鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的光電性能和穩定性。2 - PyEA中的吡啶環氮原子和烷基胺部分能夠與未配位的Pb2?離子牢固配位。理論模擬表明，與吡啶（Py）和苯乙胺（PEA）作為單齒配體的類似物相比，2 - PyEA表現出更高的結合能，表明其與未配位Pb2?離子的相互作用更強。此外，2 - PyEA的雙齒錨定作用穩定了PbI?八面體并減輕了晶格畸變。吡啶環和?NH?的協同作用有效減少了與Pb相關的缺陷，抑制了載流子的非輻射復合，并促進了界面空穴轉移。

因此，基于CsPbI? - 2 - PyEA的PSCs在標準AM 1.5G照明（100 mW cm?2）下實現了21.35%的**光電轉換效率（PCE），在室內照明下實現了39.95%的光電轉換效率。大面積器件（1 cm2）的CsPbI? - 2PyEA PSCs的PCE為17.19%。經2 - PyEA處理的CsPbI? PSCs在環境條件下表現出優異的穩定性，未封裝的器件在環境條件（25°C，5% RH）下儲存800小時后仍能保持其初始PCE的93%，優于CsPbI?（59%）、CsPbI? - Py（66%）和CsPbI? - PEA（71%）器件。本研究為制造兼具高效和長期穩定性的高性能無機鈣鈦礦太陽能電池提供了一種直接而有效的表面鈍化策略。