西電郝躍院士團隊研究成果在Angew.Chem刊發(fā)
鈦礦太陽能電池因其高效率和低成本而被視為有前景的光伏技術。雖然鈣鈦礦太陽能電池已經取得了出色的能量轉換效率，但是其長期穩(wěn)定性較差和鉛毒性相關的環(huán)境風險仍無法滿足實際需求。此外，柔性鈣鈦礦太陽能電池在彎曲穩(wěn)定性方面也面臨實際可行性的挑戰(zhàn)。
近期，西安電子科技大學前沿交叉研究院柔性電子中心負責人常晶晶教授等人成功制備了一種富含氫鍵和羰基的自修復聚合物PPG-mUPy-APDS，并將其引入鈣鈦礦薄膜中。該聚合物PPG-mUPy-APDS與鈣鈦礦之間能夠形成多種化學鍵合，其中PPG-mUPy-APDS中的氧原子能與鈣鈦礦形成氫鍵N-H..O，PPG-mUPy-APDS中的-NH基團能與鈣鈦礦中的碘形成氫鍵N-H..I，同時，PPG-mUPy-APDS中的C=O能夠鈍化鈣鈦礦中未配位的鉛。這些化學相互作用能夠有效地鈍化鈣鈦礦薄膜中的缺陷，并提升鈣鈦礦薄膜的質量。
通過氫核磁共振譜（NMR），傅里葉紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）等測試方法對聚合物PPG-mUPy-APDS和鈣鈦礦材料之間的相互作用進行了研究。此外，對制備的鈣鈦礦薄膜進行了多種表征，證明經過處理的鈣鈦礦薄膜相比原始鈣鈦礦薄膜有更高的薄膜質量。
由于聚合物處理后的鈣鈦礦薄膜具有更少的缺陷密度和更優(yōu)的梯度能級排列，最終器件表現(xiàn)出最高23.10%的能量轉換效率和優(yōu)異的空氣穩(wěn)定性。聚合物添加劑在鈣鈦礦薄膜中形成的氫鍵網絡，增強了柔性器件的機械穩(wěn)定性。聚合物添加劑處理之后的鈣鈦礦薄膜顯示出較小的楊氏模量，相應的柔性鈣鈦礦太陽能電池在彎曲循環(huán)測試中表現(xiàn)出了更出色的彎曲穩(wěn)定性。此外，PPG-mUPy-APDS聚合物網絡可以與Pb2+離子結合，固定鉛原子，抑制鉛泄露，從而降低環(huán)境危害。因此，該策略為制備高效、穩(wěn)定、環(huán)保的鈣鈦礦太陽能電池提供了一條可行的途徑。
來源：西安電子科技大學
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