近日,合肥工業(yè)大學(xué)呂梅、朱俊、丁運(yùn)生研究團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽能電池研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展,相關(guān)研究成果以“Multifunctional Cross-linked Polyurethane Polymer as Interface Layer for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”為題在材料學(xué)領(lǐng)域的著名期刊《Advanced Functional Materials》(Advanced Functional Materials, 2023, DOI: 10.1002/adfm.202302162)上在線發(fā)表。合工大光電技術(shù)研究院朱俊研究員的碩士研究生姚恒大為第一作者,朱俊研究員、呂梅博士和丁運(yùn)生教授為論文的通訊作者。
在過去的十余年里,鈣鈦礦太陽能電池取得了長足進(jìn)展。而在進(jìn)一步提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性中,界面層至關(guān)重要。聚氨酯作為一種常見的聚合物材料,常被用作鈣鈦礦太陽能電池制備過程中的添加劑,但其作為有效界面層的報(bào)道有限。研究團(tuán)隊(duì)通過聚氨酯和1,6-二碘己烷的自發(fā)季銨化反應(yīng),設(shè)計(jì)并合成了一種多功能交聯(lián)聚氨酯。與普通聚氨酯相比,通過季銨化工藝獲得的交聯(lián)聚氨酯具有多種官能團(tuán)和優(yōu)異的耐水性,有望改善鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。
研究團(tuán)隊(duì)將交聯(lián)聚氨酯前驅(qū)體溶液旋涂到鈣鈦礦層上,其自發(fā)交聯(lián)形成多功能界面層,這種界面后處理可以誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜的二次結(jié)晶。同時(shí),因?yàn)榻宦?lián)聚氨酯分子鏈中存在多個(gè)含N和O的官能團(tuán),可作為路易斯堿為未配位的Pb2+提供孤對電子,有效地減少了鈣鈦礦薄膜的非輻射復(fù)合中心,改善了電池的光伏性能。通過這種策略,制備了具有優(yōu)異重復(fù)性的Cs0.05FA0.95PbI3太陽能電池。電池的開路電壓為1.11 V,短路電流密度為25.69 mA/cm2,填充因子為0.81,光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.14%。此外,交聯(lián)聚氨酯可以阻止水分子透過空穴傳輸層破壞鈣鈦礦層,未封裝的器件在35%的相對濕度下仍能穩(wěn)定運(yùn)行3000小時(shí),顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)高性能和高穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽能電池提供了新思路。
該項(xiàng)研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中央高校業(yè)務(wù)費(fèi)、安徽省重大科技專項(xiàng)等經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202302162
新聞鏈接:http://news.hfut.edu.cn/info/1011/57126.htm
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