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缺陷鈍化是提升鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率與穩(wěn)定性的有效方法。路易斯堿是鈣鈦礦太陽能電池常用的鈍化添加劑之一，被定義具有C=O、S=O、P=O、-CN等吸電子官能團(tuán)的有機(jī)小分子，是給予外界電子的電子對供體。在傳統(tǒng)的路易斯堿上添加質(zhì)子官能團(tuán)(-OH、-NH等)的分子顯示出比純路易斯堿更高效的鈍化效果，但其詳細(xì)的作用機(jī)理尚未被研究與證明。理論計算證明，表面活性氧(超氧離子O2-)對鈣鈦礦薄膜與器件的穩(wěn)定性造成損害，而目前幾乎沒有針對預(yù)防超氧降解鈣鈦礦過程的鈍化分子的相關(guān)實驗研究。

中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝/福建省納米材料重點實驗室研究員高鵬將路易斯堿官能團(tuán)與質(zhì)子官能團(tuán)于聚芳香共軛分子上進(jìn)行組合，得到純路易斯堿體系分子9CN-PMI與路易斯堿/質(zhì)子體系分子4OH-NMI，并將其引入到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中，制備出鈍化之后的鈣鈦礦薄膜與器件。對兩種不同類型分子的表征對比顯示，具有路易斯堿/聚芳香共軛/質(zhì)子結(jié)構(gòu)的分子4OH-NMI可起到更優(yōu)異的化學(xué)鈍化(Chemical passivation)作用，其所擁有的C=O/-OH官能團(tuán)體系能夠有效鈍化正負(fù)電荷缺陷與鉛團(tuán)簇，鈍化劑的-OH可以通過氫鍵與I-相互作用，從而促進(jìn)C=O基團(tuán)與反位Pb2+缺陷的相互結(jié)合，使鈍化效果最大化。理論計算與穩(wěn)定性測試證明，4OH-NMI具有更加顯著的能帶鈍化(Energetic passivation)作用，即鈍化分子產(chǎn)生良性的中間能隙態(tài)，該能隙態(tài)位于O2產(chǎn)生的電子陷阱態(tài)之上，能夠搶在O2之前捕獲鈣鈦礦上的光激發(fā)電子，避免超氧離子的形成，進(jìn)而提高鈣鈦礦器件的穩(wěn)定性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，4OH-NMI與9CN-PMI的加入可以提高鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的粘度，從而顯著增加鈣鈦礦膜的厚度以實現(xiàn)更高的光收集效率。4OH-NMI鈍化后的鈣鈦礦電池效率達(dá)23.7%，且表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials上。