聚合物骨架鈣鈦礦太陽(yáng)能電池取得重要研究進(jìn)展

肖逸

[本刊訊]由北京大學(xué)俞大鵬院士領(lǐng)導(dǎo)的“納米結(jié)構(gòu)與低維物理”研究團(tuán)隊(duì)在具有防水和自修復(fù)功能的聚合物骨架鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于NatureCommunications，2016，7：1-9上。

由于具有高吸收系數(shù)、平衡的電子空穴遷移率、可調(diào)控的帶隙、極高的量子發(fā)光效率和較大的缺陷容忍度等一系列特點(diǎn)，使得平面異質(zhì)結(jié)有機(jī)-無(wú)極雜化鈣鈦礦型（CH₃NH₃PbI₃）太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率超過(guò)20%。但其在潮濕環(huán)境下易發(fā)生水解使電池失效，電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性成為困擾其商業(yè)化的瓶頸。

該團(tuán)隊(duì)研究人員設(shè)計(jì)了一種鈣鈦礦電池的新結(jié)構(gòu)，即在鈣鈦礦電池材料吸光層中引入長(zhǎng)鏈吸濕性聚乙二醇（PEG）分子作為聚合物骨架，使鈣鈦礦材料成膜質(zhì)量得到顯著改善，電池光電轉(zhuǎn)化效率和重復(fù)性得到顯著提高，最高效率可達(dá)16%，并且該種電池材料在100℃下一步法即可完成，制備方法簡(jiǎn)單易行，易于推廣。

PEG分子具有超強(qiáng)吸濕性，能顯著提高聚合物骨架鈣鈦礦電池在濕度環(huán)境下的穩(wěn)定性，使得沒(méi)有任何封裝的電池器件在異常的潮濕環(huán)境中（70%相對(duì)濕度）就能夠展現(xiàn)出超過(guò)300小時(shí)的穩(wěn)定性。不僅如此，該聚合物骨架鈣鈦礦電池還展現(xiàn)出神奇的“自修復(fù)”功能，表現(xiàn)在鈣鈦礦材料被水解破壞后，1分鐘內(nèi)即可迅速自修復(fù)回到原來(lái)的電池狀態(tài)和電池效率。研究表明，由于PEG與鈣鈦礦材料中的甲胺離子具有很強(qiáng)的相互作用，使水解后的碘化鉛與甲胺碘可原位再次生成鈣鈦礦材料，展現(xiàn)出電池材料和效率均可“自修復(fù)”的功能。

這種新型聚合物骨架結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展提供了一條新思路。