KAUST的研究人員已經(jīng)證明，一種多功能分子可以填補(bǔ)鈣鈦礦太陽能材料中的各種原子級(jí)缺陷，可以顯著提高這種有前景的太陽能技術(shù)的壽命和輸出電流。

鈣鈦礦是替代硅的太陽能電池材料。它們通常由帶負(fù)電荷的碘離子或溴離子和帶正電荷的鉛離子和有機(jī)離子組成。調(diào)節(jié)離子組合可以產(chǎn)生寬帶隙鈣鈦礦，可以捕獲硅不能有效吸收的太陽波長(zhǎng)。這表明，這兩種材料可以在串聯(lián)電池中結(jié)合，從太陽獲取更多的能量。

然而，鈣鈦礦不可避免地有缺陷，比如在制造過程中某個(gè)特定的離子沒有進(jìn)入合適的位置，在結(jié)構(gòu)中留下一個(gè)缺口。這些活性位點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致性能迅速下降——除非它們能被堵塞。“缺陷鈍化對(duì)于提高鈣鈦礦太陽能電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性非常重要。”斯特凡·德·沃爾夫小組的研究員FurkanIsikgor說。

鈣鈦礦中的缺陷位點(diǎn)可以帶正電或負(fù)電，這取決于缺失了哪個(gè)離子，但缺陷鈍化的化學(xué)添加劑通常只能可以堵塞一種或另一種類型的缺陷。但一種名為鹽酸苯甲雙胍(PhenHCl)的分子克服了這個(gè)問題。

“PhenHCl由于其多功能結(jié)構(gòu)而工作得非常好，該分子由一個(gè)帶正電的銨頭基團(tuán)和一個(gè)帶負(fù)電的胺和亞胺基團(tuán)體組成，前者可以堵塞帶負(fù)電的缺陷，后者可以堵塞帶正電的缺口。“”Isikgor解釋說。

研究人員表明，PhenHCl提高了寬帶隙鈣鈦礦的功率轉(zhuǎn)換效率(PCEs)，從未處理細(xì)胞的16.7%提高到處理細(xì)胞的20.5%。此外，PhenHCl鈍化將結(jié)構(gòu)鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的PCE從25.4%提高到27.4%。

PhenHCl鈍化也顯著提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性。Isikgor說:“在連續(xù)的光浸泡下，phenhcl鈍化裝置在大約106小時(shí)的運(yùn)行中，仍保持80%的后燃燒效率。”未經(jīng)處理的設(shè)備僅在5小時(shí)內(nèi)保持80%的后燃燒效率。”

研究人員高興地說道，我們簡(jiǎn)單的整體缺陷鈍化策略極大地提高了溶液處理鈣鈦礦的半導(dǎo)體質(zhì)量。用一個(gè)分子鈍化鈣鈦礦中可能存在的不同類型的缺陷對(duì)于工業(yè)來說非常有吸引力。下一步將是將PhenHCl鈍化與規(guī)模擴(kuò)大的鈣鈦礦生產(chǎn)結(jié)合起來。同時(shí)，我們正在通過廣泛的戶外測(cè)試進(jìn)一步提高設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。