南開張建軍ACS：Voc達1.22V,長鏈有機銨鹽對寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池雙功能鈍化

主要內(nèi)容：

寬帶隙（WBG）鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）作為各種串聯(lián)配置中的頂子電池，是當前實現(xiàn)高效光伏發(fā)電的關(guān)鍵推動者。它們能夠有效地吸收高能量光子并產(chǎn)生高開路電壓（Voc），從而顯著提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，這些電池在實際應(yīng)用中面臨著顯著的光電壓損失和相分離等重大挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)嚴重阻礙了其潛在效率和穩(wěn)定性的提升，限制了其商業(yè)化應(yīng)用的進程。

在此背景下，南開大學(xué)張建軍教授帶領(lǐng)其團隊針對WBG PSCs面臨的挑戰(zhàn)，開發(fā)了一種創(chuàng)新的分子添加劑策略。該策略在鈣鈦礦加工過程中引入了雙功能的ODABr二銨鹽（十八烷-1,8-二胺溴化物）。選擇ODABr作為添加劑，是基于其獨特的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，有望與鈣鈦礦材料發(fā)生特定的相互作用，從而改善電池的性能。在加工過程中，通過**控制ODABr的添加量和添加時機，成功制備出具有優(yōu)選取向結(jié)晶和增強相均勻性的分層二維/三維（2D/3D）鈣鈦礦薄膜。

ODABr的引入對鈣鈦礦薄膜的性能產(chǎn)生了顯著影響。一方面，它促進了鈣鈦礦薄膜沿（100）晶面的擇優(yōu)取向生長，這種擇優(yōu)取向有利于電荷載流子的有效傳輸，并降低了陷阱態(tài)密度，從而增強了電荷載流子遷移率。另一方面，ODABr通過形成2D/3D混合結(jié)構(gòu)，有效抑制了光照誘導(dǎo)的鹵化物相分離，實現(xiàn)了更高的相穩(wěn)定性（AM 1.5G）。這種雙功能作用顯著降低了非輻射復(fù)合損失，并延長了載流子壽命。

實驗結(jié)果表明，經(jīng)ODABr處理的WBG PSCs在性能上取得了顯著提升。開路電壓（Voc）從1.14 V提高到1.22 V，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）從19.01%提升到20.71%。與表現(xiàn)出明顯光致發(fā)光紅移（表明存在嚴重相分離）的對照樣品相比，ODABr修飾的薄膜在相同光照條件下僅表現(xiàn)出微小的光譜偏移，這進一步證明了ODABr在抑制相分離方面的有效性。

張建軍教授團隊的這項研究不僅證明了ODABr在抑制非輻射復(fù)合損失和增強WBG PSCs穩(wěn)定性方面的有效性，還為WBG PSCs的商業(yè)化應(yīng)用提供了新的可能性。通過實施這些優(yōu)化策略，ODABr為推進具有更高功率轉(zhuǎn)換效率和運行穩(wěn)定性的鈣鈦礦光伏器件提供了一個堅實的技術(shù)框架。這一研究成果不僅推動了鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的技術(shù)進步，也為未來光伏技術(shù)的發(fā)展開辟了新的方向，有望帶來顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。