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最近，有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦型（CH3NH3PbI3）太陽(yáng)能電池由于高吸收系數(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)使得此類電池的光電轉(zhuǎn)化效率在短短5年之內(nèi)超過了20%。但是此類電池在潮濕環(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)化的瓶頸和難點(diǎn)所在。

近期，由物理學(xué)院俞大鵬教授領(lǐng)導(dǎo)的北京大學(xué)“納米結(jié)構(gòu)與低維物理”研究團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)的趙清副教授等設(shè)計(jì)了一種鈣鈦礦電池的新結(jié)構(gòu)，將長(zhǎng)鏈吸濕性PEG分子作為聚合物骨架引入到鈣鈦礦材料吸光層中，長(zhǎng)鏈PEG分子構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)使鈣鈦礦材料成膜質(zhì)量顯著提高，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%。該種電池在100攝氏度溫度下一步法即可完成，制備方法簡(jiǎn)單易行，易于推廣。由于PEG分子的超強(qiáng)吸濕性，聚合物骨架鈣鈦礦電池在濕度環(huán)境下的穩(wěn)定性得到顯著提升：沒有任何封裝的電池器件在異常潮濕環(huán)境中（70%相對(duì)濕度）展現(xiàn)出超過300小時(shí)的穩(wěn)定性。不僅如此，聚合物骨架鈣鈦礦電池展現(xiàn)出神奇的“自修復(fù)”功能：鈣鈦礦材料和電池在被水解破壞后，1分鐘內(nèi)可迅速自修復(fù)回到原來的電池狀態(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)使鈣鈦礦電池對(duì)水破壞性和潮濕環(huán)境的耐受度大大增強(qiáng)，極大提高了電池在濕度環(huán)境下的穩(wěn)定性，解決了鈣鈦礦電池害怕水汽和電池效率在潮濕環(huán)境下會(huì)迅速減退的應(yīng)用難題，展現(xiàn)出神奇的自修復(fù)功能，為今后鈣鈦礦電池商業(yè)化提供了一條新思路，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

該研究成果近期發(fā)表于Nature Communications【6，10228（2016）】，研究生趙怡程為第一作者，趙清副教授為通訊作者。該研究成果得到了量子物質(zhì)科學(xué)2011協(xié)同創(chuàng)新中心、介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室等的大力支持。

聚合物骨架鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖；電池光伏性能的自修復(fù)I-V曲線；鈣鈦礦薄膜在被水汽破壞后一分鐘內(nèi)的自修復(fù)展示照片，薄膜回復(fù)到初始狀態(tài)。