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中科院青能所逄淑平和王嘯團(tuán)隊(duì) Angew：多官能聚合物界面層構(gòu)筑高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池
2022-11-16  來源：高分子科技

  溶液處理的有機(jī)-無機(jī)鹵化物鈣鈦礦太陽能電池已被證明是下一代光伏電池中最有前途的候選者之一。然而，通過溶液加工處理得到的鈣鈦礦薄膜會(huì)存在金屬陽離子缺陷和鹵素陰離子缺陷，電荷復(fù)合引起的界面能量損失使得電池效率仍遠(yuǎn)低于理論極限；此外，電池的長期工作穩(wěn)定性也是阻礙其商業(yè)化的關(guān)鍵因素。缺陷鈍化是減少非輻射復(fù)合損失和提高電池穩(wěn)定性的有效途徑，設(shè)計(jì)具有多官能性的新型聚合物用于鈣鈦礦層的表面鈍化具有重要意義。


  近日，中科院青島能源所逄淑平研究員和王嘯副研究員將酰胺基團(tuán)引入經(jīng)典的聚合物分子聚甲基丙烯酸甲酯，得到了具有多官能性的柔性聚合物分子聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酰胺(PMMA-AM)(圖1)。PMMA-AM中的酯基可與鈣鈦礦薄膜表面欠配位的Pb2+形成配位作用，同時(shí)聚合物中的酰胺基團(tuán)可與鈣鈦礦[PbI6]4-中的I-形成氫鍵作用，二者協(xié)同調(diào)控鈣鈦礦薄膜表面的I/Pb比例；此外，PMMA-AM還兼具了PMMA良好的熱穩(wěn)定性(圖2)。紅外光譜和理論計(jì)算進(jìn)一步證明了聚合物與鉛碘之間的相互作用(圖3)。該聚合物作為界面修飾層制備的太陽能電池器件具有優(yōu)異的光電性能，電池器件的開路電壓從1.12 V提升到1.22 V，在持續(xù)光照超過1000 h后的器件效率仍保持在初始值的95%；此外，用PMMA-AM修飾后的大面積組件也獲得了20.64%的高效率(圖4)。這項(xiàng)工作表明鈍化劑中配位鍵和氫鍵的協(xié)同作用對(duì)于降低開路電壓損失和提高器件的長期穩(wěn)定性非常重要。 


圖1 PMMA-AM聚合物結(jié)構(gòu)表征 


圖2 PMMA-AM處理前后鈣鈦礦薄膜和界面的表征 


圖3 PMMA-AM與PbI2之間的相互作用 


圖4 增強(qiáng)的光伏性能和器件穩(wěn)定性


  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩(wěn)定性的最新進(jìn)展之一，兼具了之前工作的亮點(diǎn)。在過去的一年中，團(tuán)隊(duì)探索了含強(qiáng)配位氰基官能團(tuán)的聚合物(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202113932)和酰胺類小分子添加劑(Chem. Eng. J., 2023, 454, 138559)對(duì)電池性能的影響。受到以上工作啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)提出在聚合物中引入小分子中常見的官能團(tuán)，使得在保持原有器件良好工作穩(wěn)定性的同時(shí)兼具高效率。相關(guān)成果以“Multifunctional Polymer as an Interfacial Layer for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”為題發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)雜志上。中科院青島能源所科研助理張秉乾為論文第一作者，逄淑平研究員和王嘯副研究員為論文通訊作者。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金，中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)基金，山東省自然科學(xué)基金，山東能源研究院的資助。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213478

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