王睿實(shí)驗(yàn)室中的鈣鈦礦電池樣品。課題組供圖

西湖大學(xué)工學(xué)院特聘研究員王睿實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，利用強(qiáng)π-共軛型路易斯堿鈍化劑重度鈍化鈣鈦礦電池表面，有助于鈣鈦礦電池器件的長(zhǎng)久穩(wěn)定運(yùn)行。近日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《焦耳》。

該研究通過(guò)設(shè)計(jì)分子共軛面積，增強(qiáng)分子間的π-π相互作用，以最大限度抑制高濃度下鈍化劑分子對(duì)鈣鈦礦晶格的侵蝕，同時(shí)以最大程度形成有序的π-π堆砌，保證界面電荷的順利傳輸。

王睿團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種熟悉的“老分子”的“新性質(zhì)”。這種鈣鈦礦電池的缺陷鈍化劑，能在高濃度下使用而不會(huì)損傷電池性能。隨著器件運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，儲(chǔ)備的鈍化劑分子能夠繼續(xù)“處理”電池運(yùn)行后新產(chǎn)生的缺陷，從而延長(zhǎng)器件的使用壽命。

在使用一系列分子作為電池鈍化劑的測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，王睿團(tuán)隊(duì)觀察到有一類分子——具有最強(qiáng)π共軛的三聯(lián)吡啶分子，電池對(duì)它的濃度不敏感。三聯(lián)吡啶分子這一特性使其能在不降低電池器件性能的情況下，對(duì)鈣鈦礦進(jìn)行高濃度鈍化，從而大大提高鈍化效果的耐久性。因此，經(jīng)三聯(lián)吡啶鈍化的鈣鈦礦器件的光電轉(zhuǎn)換效率對(duì)所使用的鈍化劑濃度依賴較小。

在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池界，光電轉(zhuǎn)換效率和器件穩(wěn)定性是“評(píng)優(yōu)”的兩項(xiàng)指標(biāo)。王睿團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型鈍化劑鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)三聯(lián)吡啶處理的鈣鈦礦表面器件表現(xiàn)出高達(dá)25.24%的光電轉(zhuǎn)換效率以及出色的器件穩(wěn)定性，在一個(gè)太陽(yáng)光照下運(yùn)行2664小時(shí)后仍保持90%的初始效率。這個(gè)成績(jī)十分接近最高紀(jì)錄——最新報(bào)告的小面積器件光電轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄為26%。

該研究突出的價(jià)值是引導(dǎo)業(yè)界關(guān)注鈣鈦礦電池鈍化效果的持久性。同時(shí)，三聯(lián)吡啶分子作為鈍化劑的思路，將為更多科研人員設(shè)計(jì)濃度不敏感型的鈍化劑提供了指導(dǎo)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.020