近日，吉林师范大学刘惠莲教授、范琳副教授、杨丽丽教授科研团队，创新地提出一种“控制结晶与电子钝化（CCEP）”策略，即在Ostwald熟化过程中，将D-A型7-氨基-4-三氟甲基香豆素（C151）分子引入钙钛矿晶界（GBs）和表面，设计并构建出一种新型高质量PVK-C151吸收层及太阳电池，突破了常规钙钛矿结晶生长动力学过程，并在提升电池效率与稳定性方面取得了突破性进展。本研究不仅在理论上验证了PVK-C151的结晶与带电缺陷钝化机理，还在实验中展示了C151分子的CCEP实际效果。通过进一步优化PVK-C151工艺参量，获得了效率为25.14%的C151改性钙钛矿太阳电池，为协同改善电池能带结构、电荷传输动力学及光伏性能提供了新的解决方案。未来有望将这一技术应用于更广泛的领域，如柔性太阳电池、叠层太阳电池等。

该成果以题为"Charged defect management for high-efficiency planar solar cells: Reducing charge recombination and open-circuit voltage loss by employing donor-acceptor molecules to regulate perovskite electronic properties"发表在《Chemical Engineering Journal》期刊。研究得到了吉林省科技发展计划项目及国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724105268

论文简介：

针对多晶钙钛矿晶界（GBs）和表面带电缺陷引起的非辐射复合，以及钙钛矿/电荷输运层（CTLs）界面电荷复合这两方面阻碍电池效率与稳定性提升的关键问题。本论文提出利用“控制结晶与电子钝化（CCEP）”策略在Ostwald熟化过程中将7-氨基-4-三氟甲基香豆素（C151）分子引入钙钛矿GBs和表面，构建出一种新型高质量PVK-C151吸收层及太阳电池。结合理论模拟与先进测试表征，研究C151钝化效应对钙钛矿表面能量学、能带结构、界面电场、电荷动力学及电池PV性能的协同机制，阐明PVK-C151结晶与钝化原理。文章中指出，C151的吸电子基团钝化了负电荷缺陷，促进了电子由钙钛矿向C151的转移，从而诱导PVK-C151表面p型掺杂，有效驱动了能带对准，加速了界面空穴选择性提取/传输，最终改善了电池PV性能和滞后。此外，锚定在GBs和表面的C151分子作为每个晶粒的“保护罩”，有效阻隔了外部环境的侵蚀，抑制了钙钛矿降解产物（或/和未配位离子）与Ag电极的层间扩散，显著提高了PVK-C151晶体质量和电池稳定性。最终，获得了效率为25.14%、无滞后的C151改性PSC。未封装器件在干燥的空气环境中老化1000 h和最大功率点电压光照100 s后，仍能保持初始效率的88%和99%。本工作提出的低温（≤150℃）技术为开发更高效、更稳定的钙钛矿PV产品提供了有益指导，并为推动PSCs突破Shockley-Queisser极限奠定了基础。