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华电姚建曦组small：实现高效 CsPbI3太阳能电池通过Lewis 基双齿锚定缺陷钝化和应力调控

发表时间：2025-04-11 16:36

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主要内容

通过低温溶液法制备的全无机CsPbI₃钙钛矿薄膜在结晶过程中往往会产生大量缺陷，这些缺陷会严重影响钙钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性。因此，寻找有效的表面钝化方法来减少缺陷、提高材料稳定性和光电转换效率是当前该领域研究的重点。

在此背景下，华北电力大学新能源学院姚建曦带领团队开展了一项重要研究。该研究采用一种含有吡啶环和烷基胺的双齿路易斯碱—— 2-(2-pyridyl)ethylamine (2-PyEA)来钝化表面缺陷并稳定CsPbI₃晶体结构。

在研究过程中，团队首先通过特定的低温溶液法**制备了CsPbI₃钙钛矿薄膜，随后采用优化的工艺条件将2 - PyEA均匀地修饰在薄膜表面。与单齿配体相比，2 - PyEA表现出显著增强的配位能力。特别是，2 - PyEA的双齿锚定作用会引入晶格畸变，并将CsPbI₃薄膜中的拉应力转化为压应力，从而提高了钙钛矿材料的结构稳定性。

经2 - PyEA处理的钙钛矿太阳能电池在有效面积为0.09 cm²和1.0 cm²时，分别实现了21.35%和17.19%的令人印象深刻的光电转换效率（PCE）。值得注意的是，该器件在室内照明条件下甚至实现了39.95%的更高光电转换效率。此外，该器件在相对湿度为5%的环境条件下表现出更高的稳定性。

总之，姚建曦副院长团队提出了一种采用具有双齿锚定分子结构的2 - PyEA进行表面钝化的策略，以提高CsPbI₃钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光电性能和稳定性。2 - PyEA中的吡啶环氮原子和烷基胺部分能够与未配位的Pb²⁺离子牢固配位。理论模拟表明，与吡啶（Py）和苯乙胺（PEA）作为单齿配体的类似物相比，2 - PyEA表现出更高的结合能，表明其与未配位Pb²⁺离子的相互作用更强。此外，2 - PyEA的双齿锚定作用稳定了PbI₆八面体并减轻了晶格畸变。吡啶环和−NH₂的协同作用有效减少了与Pb相关的缺陷，抑制了载流子的非辐射复合，并促进了界面空穴转移。

因此，基于CsPbI₃ - 2 - PyEA的PSCs在标准AM 1.5G照明（100 mW cm⁻²）下实现了21.35%的**光电转换效率（PCE），在室内照明下实现了39.95%的光电转换效率。大面积器件（1 cm²）的CsPbI₃ - 2PyEA PSCs的PCE为17.19%。经2 - PyEA处理的CsPbI₃ PSCs在环境条件下表现出优异的稳定性，未封装的器件在环境条件（25°C，5% RH）下储存800小时后仍能保持其初始PCE的93%，优于CsPbI₃（59%）、CsPbI₃ - Py（66%）和CsPbI₃ - PEA（71%）器件。本研究为制造兼具高效和长期稳定性的高性能无机钙钛矿太阳能电池提供了一种直接而有效的表面钝化策略。