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鈣鈦礦太陽能電池界面修飾前后的器件效率和環(huán)境穩(wěn)定性

　　近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心周惠瓊課題組將生物聚合物肝素鈉引入到鈣鈦礦太陽能電池的陰極界面，在TiO₂和MAPbI₃層之間起到分子橋梁的作用，鈍化了界面缺陷，并同時(shí)改善了器件的效率和穩(wěn)定性。該研究結(jié)果日前以A Biopolymer Heparin Sodium Interlayer Anchoring TiO₂and MAPbI3 Enhances Trap Passivation and Device Stability in Perovskite Solar Cells 為題在線發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）雜志上。

　　近年來，有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池因其高效廉價(jià)的特性，引發(fā)了能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究熱潮。然而，活性層或界面的缺陷可以嚴(yán)重影響鈣鈦礦電池的器件性能和穩(wěn)定性。

　　周惠瓊課題組將肝素鈉分子橋聯(lián)了TiO₂和MAPbI₃層，研究其對(duì)缺陷鈍化和器件衰減的影響。該界面層的引入同時(shí)鈍化了鈣鈦礦活性層內(nèi)的本體缺陷以及TiO₂/MAPbI₃界面之間的界面缺陷，從而將器件效率從17.2%提高到20.1%，并抑制了電滯回線現(xiàn)象和缺陷誘發(fā)的電荷復(fù)合。修飾后的器件穩(wěn)定性也得到了很大的提高，在空氣中放置70天后，依然保持了85%的起始效率。DFT理論計(jì)算表明肝素鈉分子通過多種功能基團(tuán) (-COO-, -SO₃-, or Na+) 與TiO₂中的Ti4+，以及MAPbI₃中的Pb2+和I-發(fā)生相互作用。這項(xiàng)研究闡述了一種高度簡易可行的、利用生物分子提高器件性能的鈣鈦礦電池界面修飾策略。

　　該項(xiàng)研究是周惠瓊課題組前期研究工作 (Chem. Eur. J. 2017, 23, 18140) 的進(jìn)一步拓展，與國家納米中心的施興華課題組（理論計(jì)算）、裘曉輝課題組（開爾文探針測試）以及北京航空航天大學(xué)的張淵課題組（器件物理測試）通力合作，研究工作得到了中科院百人計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。