北京
本文转自：人民日报
本报记者 赵永新
《 人民日报 》（ 2024年02月26日 第 19 版）
前不久，西湖大学王睿研究组联合浙江大学薛晶晶研究组，发明了一种“缺陷钝化”新方法，能最大限度抑制高浓度下钝化剂分子对钙钛矿晶格的侵蚀，进而保证界面电荷的顺利传输，使钙钛矿太阳能电池保持出色的光电转化效率和器件稳定性。相关论文日前在线发表于国际学术期刊《焦耳》。
能够将光能转化为电能的钙钛矿电池，其单片小面积的光电转化率在实验室已达到25%甚至更高，被认为是继硅太阳能电池之后的又一理想新能源电池。然而，在钙钛矿电池制备过程中，有一个绕不过去的环节：离子缺失。
据论文的共同通讯作者王睿研究员介绍，钙钛矿分子有着独特的结构，分子结构中的一些离子构成一个八面体的立方晶格，像一个独立的积木结构。不同的离子元素组合，会有不同的性能和效果。当无数钙钛矿分子聚集在一起，会构成更大的规整立体结构。在制备钙钛矿电池的过程中，经常会发生离子缺失。这样的情况，被称为“缺陷”。
克服“缺陷”的方法便是“钝化”。所谓“钝化”，就是补上缺失的部位，或者是让这个缺失更难形成。王睿介绍，目前钝化剂有很多类型，无论是固体、液体或者气体形态的钝化剂，都会被“滴”在钙钛矿薄膜表面。这个过程，就是“缺陷钝化”。钙钛矿电池出厂之前，都必须经过“缺陷钝化”这一关键步骤。
随着电池器件运行时间的延长，钙钛矿电池表面的缺陷“浓度”也会随之增加，即电池会产生“计划外”的缺陷。比如，放在太阳光下照射，某些离子有可能会产生迁移；同时，电池使用时间长了，也可能会产生新的缺陷。
王睿介绍，目前钝化剂的浓度通常针对新鲜制备的器件而设计，为尽可能不损伤电池，钝化剂浓度也被保持在一个尽可能低的数量级。然而，初始低浓度的钝化剂无法持续“钝化”越来越多新产生的缺陷。原则上，如果起初使用高浓度的钝化剂，或许可以在后续新缺陷出现时再对它们进行处理。但这一策略至今尚未取得成功，因为高浓度的钝化剂往往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，研究团队察觉到了有一类分子——三联吡啶分子，电池对它的浓度“不敏感”。研究人员用这类分子作为钝化剂，并把分子的浓度提高到了常规使用浓度的20倍。多种验证手段发现，即便在高浓度的情形下，这类分子也可以有序地堆砌在钙钛矿表面，对钙钛矿的晶格破坏小，且其堆砌的方向有利于界面电荷的提取和传输。
三联吡啶分子的这种特性，能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，从而提高了钝化效果的耐久性。实验数据显示，经过三联吡啶处理的钙钛矿表面器件表现出高达25.24%的光电转换效率和出色的器件稳定性，在标准测试条件下运行2664小时后仍保持90%的初始效率。
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