新型鈍化劑可提升鈣鈦礦電池穩(wěn)定性
來源：科技日報 時間：2024-02-27 10:58
記者2月26日獲悉，西湖大學(xué)工學(xué)院王睿實驗室發(fā)現(xiàn)，利用強(qiáng)π共軛型路易斯堿鈍化劑，重度鈍化鈣鈦礦電池表面，有助于鈣鈦礦電池器件的長久穩(wěn)定運(yùn)行。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《焦耳》期刊。
王睿介紹，完整的鈣鈦礦分子擁有八面體晶格結(jié)構(gòu)。但在制備鈣鈦礦電池過程中，鈣鈦礦分子經(jīng)常發(fā)生離子的缺失，這種情況被稱為缺陷。目前克服缺陷的方法是鈍化，即利用鈍化劑把缺失的部位補(bǔ)上，或讓缺失更難形成。
事實上，鈣鈦礦電池表面的缺陷數(shù)量，會隨著電池運(yùn)行時間的延長逐漸增加。比如，將鈣鈦礦電池放在太陽光下照射，某些離子可能會產(chǎn)生遷移。
“目前，鈍化劑濃度通常針對新制備的鈣鈦礦電池器件而設(shè)計。為了盡可能不損傷電池，鈍化劑濃度通常很低。但初始低濃度的鈍化劑無法持續(xù)鈍化越來越多的新缺陷?！蓖躅Ｕf，原則上，如果起初使用高濃度鈍化劑，或許可以對新缺陷進(jìn)行鈍化。但這一方法至今尚未成功，因為高濃度鈍化劑容易對器件性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
針對鈣鈦礦電池制備過程中這一關(guān)鍵問題，王睿實驗室提出新的解決方案。研究團(tuán)隊在使用一系列分子作為電池鈍化劑的測試實驗中，發(fā)現(xiàn)電池對其中一類分子的濃度“不敏感”：具有最強(qiáng)π共軛的三聯(lián)吡啶分子。
他們將這類分子作為鈍化劑，并把分子的濃度提高到常規(guī)濃度的20倍。利用理論計算模擬、掠入射X射線衍射等驗證手段，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，即使在高濃度情況下，這類分子也可以有序堆砌在鈣鈦礦電池表面，對鈣鈦礦分子的晶格破壞小，且其堆砌的方向，有利于界面電荷的提取和傳輸。
“三聯(lián)吡啶分子這種獨(dú)特的特性，能在不降低電池器件性能的情況下，對鈣鈦礦電池進(jìn)行高濃度鈍化，從而大大提高鈍化效果的耐久性。”王睿介紹。
實驗數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過三聯(lián)吡啶分子鈍化的鈣鈦礦電池表面器件，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)25.24%，在太陽光照下運(yùn)行2664小時后仍保持90%的初始效率，具備出色的器件穩(wěn)定性。（劉園園）
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