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記者2月26日獲悉，西湖大學工學院王睿實驗室發現，利用強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定運行。相關研究成果近日在線發表于《焦耳》期刊。 王睿介紹，完整的鈣鈦礦分子擁有八面體晶格結構。但在制備鈣鈦礦電池過程中，鈣鈦礦分子經常發生離子的缺失，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上，或讓缺失更難形成。 事實上，鈣鈦礦電池表面的缺陷數量，會隨著電池運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鈍化越來越多的新缺陷。”王睿說，原則上，如果起初使用高濃度鈍化劑，或許可以對新缺陷進行鈍化。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生負面影響。 針對鈣鈦礦電池制備過程中這一關鍵問題，王睿實驗室提出新的解決方案。研究團隊在使用一系列分子作為電池鈍化劑的測試實驗中，發現電池對其中一類分子的濃度“不敏感”：具有最強π共軛的三聯吡啶分子。 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，研究團隊發現，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。 “三聯吡啶分子這種獨特的特性，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。 實驗數據顯示，經過三聯吡啶分子鈍化的鈣鈦礦電池表面器件，光電轉換效率高達25.24%，在太陽光照下運行2664小時后仍保持90%的初始效率，具備出色的器件穩定性。 |
