顆粒在線(xiàn)訊：近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部研究員胡林華課題組與國(guó)外科研人員合作，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦太陽(yáng)電池自修復(fù)，相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Energy Chemistry 上。

　　近年來(lái)，鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的光電性能，成為光電器件領(lǐng)域中具有應(yīng)用前景的光電材料之一。目前鈣鈦礦太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)25.5%，但是鈣鈦礦材料對(duì)輻射、濕度等敏感，暴露在大氣條件下容易降解，嚴(yán)重影響其使用。因此，開(kāi)發(fā)高性能、高穩(wěn)定和具有自修復(fù)功能的鈣鈦礦太陽(yáng)電池器件尤為重要，具有挑戰(zhàn)性。 

　　鈣鈦礦太陽(yáng)電池在空氣環(huán)境中工作時(shí)，水分是導(dǎo)致其分解的關(guān)鍵因素之一。鑒于此，研究人員將聚乙烯吡咯烷酮引入鈣鈦礦吸光材料，使得制作的太陽(yáng)電池具有較強(qiáng)的自修復(fù)功能，濕度穩(wěn)定性得到明顯提升。聚乙烯吡咯烷酮是一種長(zhǎng)鏈絕緣聚合物，具有高密度的極性羰基，將其引入太陽(yáng)電池中，可以包裹MAPbI3，形成疏水“屏障”，阻止水分子的入侵。它還能與甲胺離子(MA+)的-NH2基團(tuán)形成氫鍵相互作用（圖1），抑制甲胺的分解和揮發(fā)，從而提高電池“自愈”能力。此外，聚乙烯吡咯烷酮能夠與碘甲胺形成中間絡(luò)合物，抑制鈣鈦礦晶體的成核速度。聚乙烯吡咯烷酮的引入，實(shí)現(xiàn)了電池多次自修復(fù)（圖2），顯著提升了電池的工作壽命，并使得鈣鈦礦薄膜缺陷減少，晶粒增大，提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。 

　　研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目以及“歐洲地平線(xiàn)2020”計(jì)劃項(xiàng)目的支持。 

　　圖1. （a）和（b）鈣鈦礦材料在水分子存在下的降解途徑；MAI和含有聚乙烯吡咯烷酮的MAI在DMSO-d6溶液中的1H NMR譜圖（c）和13C NMR譜圖（d）；（e）聚乙烯吡咯烷酮與MAI摩爾比為1:1混合制備的MAI、聚乙烯吡咯烷酮的FTIR光譜，箭頭為C=O和CH3的伸縮振動(dòng)峰；（f）不同濃度聚乙烯吡咯烷酮溶液下鈣鈦礦膜的XRD譜圖；（g）含有和沒(méi)有聚乙烯吡咯烷酮的O 1s在200小時(shí)后的XPS圖。

　　圖2. 含有（a）和不含（b）聚乙烯吡咯烷酮的薄膜，顯示了水蒸氣噴涂60秒后，自修復(fù)30秒后的狀態(tài)變化；（c）鈣鈦礦薄膜自修復(fù)過(guò)程示意圖；（d）含有6 mg mL-1聚乙烯吡咯烷酮的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在65±5%相對(duì)濕度下的濕度穩(wěn)定性。