王睿实验室中的钙钛矿电池样品。课题组供图
西湖大学工学院特聘研究员王睿实验室研究发现，利用强π-共轭型路易斯碱钝化剂重度钝化钙钛矿电池表面，有助于钙钛矿电池器件的长久稳定运行。近日，相关研究成果在线发表于《焦耳》。
该研究通过设计分子共轭面积，增强分子间的π-π相互作用，以最大限度抑制高浓度下钝化剂分子对钙钛矿晶格的侵蚀，同时以最大程度形成有序的π-π堆砌，保证界面电荷的顺利传输。
王睿团队发现了一种熟悉的“老分子”的“新性质”。这种钙钛矿电池的缺陷钝化剂，能在高浓度下使用而不会损伤电池性能。随着器件运行时间的延长，储备的钝化剂分子能够继续“处理”电池运行后新产生的缺陷，从而延长器件的使用寿命。
在使用一系列分子作为电池钝化剂的测试实验中，王睿团队观察到有一类分子——具有最强π共轭的三联吡啶分子，电池对它的浓度不敏感。三联吡啶分子这一特性使其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，从而大大提高钝化效果的耐久性。因此，经三联吡啶钝化的钙钛矿器件的光电转换效率对所使用的钝化剂浓度依赖较小。
在钙钛矿太阳能电池界，光电转换效率和器件稳定性是“评优”的两项指标。王睿团队开发的新型钝化剂钙钛矿电池的实验数据显示，经过三联吡啶处理的钙钛矿表面器件表现出高达25.24%的光电转换效率以及出色的器件稳定性，在一个太阳光照下运行2664小时后仍保持90%的初始效率。这个成绩十分接近最高纪录——最新报告的小面积器件光电转换效率纪录为26%。
该研究突出的价值是引导业界关注钙钛矿电池钝化效果的持久性。同时，三联吡啶分子作为钝化剂的思路，将为更多科研人员设计浓度不敏感型的钝化剂提供了指导。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.020
