空氣環境中制備鈣鈦礦電池技術獲突破
科技日報合肥2月28日電 (記者吳長鋒)記者28日從中國科學技術大學獲悉，該校徐集賢團隊揭示了空氣環境中制備鈣鈦礦的退化機理和全過程穩定劑設計原則，實現了常規空氣環境中(25℃至30℃，相對濕度30%―50%)一步法制備高效p-i-n反式鈣鈦礦電池的突破。相關成果2月26日發表于學術期刊《自然?能源》。
此前，徐集賢團隊率先創造了穩態認證效率超過26.1%的紀錄。然而，目前這些高效器件需要在惰性氣氛內制備，直接轉移到空氣中制備的器件效率和穩定性都大幅退化，這限制了其大規模生產和實際應用。實驗發現，鈣鈦礦薄膜的空氣制備經歷了全過程退化，包括前驅體溶液在水氧環境和加熱條件下的快速變質退化，主要機制為鹵素氧化和有機陽離子的去質子化；空氣中結晶過程水合作用誘導的破壞性相變以及缺陷的大量增殖，尤其是在鈣鈦礦/電子傳輸界面額外產生的大量p型缺陷對于載流子的輸運十分不利，這使得在空氣環境中制造高效穩定的p-i-n器件相對n-i-p器件更具挑戰性。
研究團隊合成了一種離子液體型的全過程穩定劑――甲酸二甲基胺。甲酸二甲基胺的還原作用以及它與鈣鈦礦前體的配位鍵和氫鍵抑制了有機陽離子的去質子化和鹵素離子的氧化，使鈣鈦礦溶液能夠在空氣環境和加熱條件下長期儲存。此外，這種保護作用可以延續至空氣中的鈣鈦礦結晶過程，提高鈣鈦礦薄膜的結晶度，降低局部孿晶產生和晶粒間表面電勢無序度，抑制缺陷誘導的非輻射復合。
這項研究證明了僅進行常規的表面鈍化對于空氣環境制備鈣鈦礦是不足的。研究團隊在空氣環境中制造的p-i-n器件獲得了25.4%的實驗室最高效率和24.7%的穩態認證效率，接近氮氣中制備的同種器件最好水平。同時，研究團隊也確認了該技術在寬帶隙鈣鈦礦材料中的普適性，對疊層器件的空氣環境制備具有重要的推動意義。
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