科技日报记者 刘园园
记者26日获悉，西湖大学工学院王睿实验室发现，利用强π共轭型路易斯碱钝化剂，重度钝化钙钛矿电池表面，有助于钙钛矿电池器件的长久稳定运行。相关研究成果近日在线发表于《焦耳》期刊。
王睿介绍，完整的钙钛矿分子拥有八面体晶格结构。但在制备钙钛矿电池过程中，钙钛矿分子经常发生离子的缺失，这种情况被称为缺陷。目前克服钙钛矿分子缺陷的方法是钝化，即利用钝化剂把缺失的部位补上，或让缺失更难形成。
事实上，钙钛矿电池表面的缺陷数量，会随着电池运行时间的延长逐渐增加。比如，将钙钛矿电池放在太阳光下照射，某些离子可能会产生迁移。
西湖大学王睿实验室的钙钛矿电池样品。图片来源：西湖大学王睿实验室
“目前，钝化剂浓度通常针对新制备的钙钛矿电池器件而设计。为了尽可能不损伤电池，钝化剂浓度通常很低。但初始低浓度的钝化剂无法持续钝化越来越多新的缺陷。”王睿说，原则上，如果起初使用高浓度钝化剂，或许可以对新缺陷进行钝化。但这一方法至今尚未成功，因为高浓度钝化剂容易对器件性能产生负面影响。
针对钙钛矿电池制备过程中这一关键问题，王睿实验室提出新的解决方案。研究团队在使用一系列分子作为电池钝化剂的测试实验中，发现电池对其中一类分子的浓度“不敏感”：具有最强π共轭的三联吡啶分子。
他们将这类分子作为钝化剂，并把分子的浓度提高到常规浓度的20倍。利用理论计算模拟、掠入射X射线衍射等验证手段，研究团队发现，即使在高浓度情况下，这类分子也可以有序堆砌在钙钛矿电池表面，对钙钛矿分子的晶格破坏小，且其堆砌的方向，有利于界面电荷的提取和传输。
“三联吡啶分子这种独特的特性，能在不降低电池器件性能的情况下，对钙钛矿电池进行高浓度钝化，从而大大提高钝化效果的耐久性。”王睿介绍。
实验数据显示，经过三联吡啶分子钝化的钙钛矿电池表面器件，光电转换效率高达25.24%，在太阳光照下运行2664小时后仍保持90%的初始效率，具备出色的器件稳定性。