鈣鈦礦太陽能電池是一種新興的光伏技術(shù)，經(jīng)過短短十幾年的發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換效率已與硅電池相當(dāng)，被認(rèn)為是目前最具商業(yè)化前景的新一代太陽能電池技術(shù)。如何便利地大規(guī)模制備高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜是在商業(yè)化過程中面臨的挑戰(zhàn)之一。
青島能源所是世界上最早從事甲脒基鈣鈦礦材料研究的單位之一。針對其大面積成膜問題，固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心聯(lián)合青島科技大學(xué)研究人員揭示了在脂肪胺環(huán)境中甲胺和甲脒體系的鈣鈦礦潛在的化學(xué)副反應(yīng)，基于此發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步提出氨氣用于甲脒基鈣鈦礦薄膜的后修復(fù)的研究成果，相關(guān)研究發(fā)表在Nature Communications《自然-通訊》上。
圖1. 甲脒基鈣鈦礦薄膜的修復(fù)機(jī)理
科研人員重點(diǎn)研究了碘化甲脒在胺類氣體環(huán)境中存在著加成消除反應(yīng)（也稱為轉(zhuǎn)亞胺反應(yīng)）、離子交換反應(yīng)和水解反應(yīng)等一系列副反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，甲脒陽離子和脂肪胺之間的轉(zhuǎn)亞胺反應(yīng)的主要產(chǎn)物為氨氣。因此，選擇氨氣作為的后修復(fù)氣體可以有效避免對材料成分的影響。并通過對溫度和壓力的進(jìn)一步調(diào)控實(shí)現(xiàn)了甲脒基鈣鈦礦薄膜的高效修復(fù)，顯著提升了薄膜均勻性和一致性。經(jīng)該修復(fù)技術(shù)制備的鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了最高23.21%的光電轉(zhuǎn)換效率，組件效率超過20%。此項研究構(gòu)筑了氨類氣體后修復(fù)鈣鈦礦薄膜技術(shù)的化學(xué)基礎(chǔ)，且該工藝可以與目前商業(yè)化的涂布工藝兼容，易于規(guī)?；糯?，這將有望加速推動鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
論文第一作者為青島能源所的博士研究生李志鵬，通訊作者為逄淑平研究員、崔光磊研究員、青島科技大學(xué)的王莉副教授。該工作得到了中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、山東省能源研究院等項目的支持與資助。
Zhipeng Li, Xiao Wang, Zaiwei Wang, Zhipeng Shao, Lianzheng Hao, Yi Rao, Chen Chen, Dachang Liu, Qiangqiang Zhao, Xiuhong Sun, Caiyun Gao, Bingqian Zhang, Xianzhao Wang, Li Wang*, Guanglei Cui*, Shuping Pang*. Ammonia for post-healing of formamidinium-based Perovskite films. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-022-32047-z.
