隨著全球能源危機的加劇和環境污染問題的日益嚴重，太陽能作為一種清潔、可再生的能源，其開發和利用受到了廣泛關注。在眾多太陽能電池技術中，鈣鈦礦太陽能電池因其高效率、低成本和制造簡便等優勢脫穎而出。尤其是全鈣鈦礦疊層太陽能電池(Tandem Solar Cells, TSCs)，因其潛在的高效率而備受關注。然而，作為底部低帶隙子電池的錫鉛(Sn-Pb)鈣鈦礦，由于其對氧化的敏感性和晶體形態的不完善，導致在界面處的非輻射復合嚴重，這限制了電池效率的進一步提升。
在這項研究中，研究人員報道了一種表面修飾劑4-(三氟甲基)苯酰肼(TFH)，它能夠在鈣鈦礦薄膜表面構建還原性化學環境，保護鈣鈦礦免受水和氧氣的侵蝕。TFH通過雙位點結合優先垂直錨定在Sn-Pb鈣鈦礦上，形成界面偶極子，促進電荷提取。TFH的還原性肼基團能有效抑制Sn2+和I?的氧化，從而減少Sn-Pb鈣鈦礦的缺陷密度和能量無序。因此，經TFH處理的器件實現了22.88%的冠軍光電轉換效率(PCE)，并在連續500小時的單日光照射下保持了超過93%的初始效率。結合1.79 eV的寬帶隙子電池，展示了全鈣鈦礦TSCs中28.17%的PCE。
圖1 DFT計算模型顯示TFBH、TFA和TFH在Sn-Pb鈣鈦礦表面的吸附模型。展示了TFBH、TFA和TFH在鈣鈦礦表面的取向排列示意圖以及它們的分子結構和電靜勢(ESP)圖像。
圖2 TFBH、TFA和TFH與SnI2、PbI2混合的1H NMR譜圖。XPS譜圖顯示了鈣鈦礦薄膜的Sn 3d和Pb 4f的光譜。FTIR譜圖顯示了TFH及其與SnI2、PbI2混合后的光譜。UV-vis光譜顯示了添加TFH與否的SnI2溶液在空氣中的氧化過程。
圖3 控制組和目標組Sn-Pb鈣鈦礦薄膜的PL映射圖。TRPL衰減曲線。TPV衰減曲線。sEQE光譜。TPC光譜。Mott-Schottky曲線。暗J-V曲線。經TFH處理的鈣鈦礦薄膜在單日光照射下浸泡在甲苯溶液中9小時后的UV-vis吸收光譜。
圖4 Sn-Pb PSCs的器件結構示意圖?？刂平M和目標組Sn-Pb PSC器件的J-V曲線。目標Sn-Pb器件的EQE光譜和積分JSC曲線?？刂平M
聲明：
“南科大《AEM》：雙位點錨定實現垂直分子取向，提升全鈣鈦礦疊層太陽能電池效率” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：南科大
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2025年08月05日 ~ 07日 
