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中科院青能所逄淑平和王嘯團隊 Angew：多官能聚合物界面層構筑高效穩(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-無機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存在金屬陽離子缺陷和鹵素陰離子缺陷，電荷復合引起的界面能量損失使得電池效率仍遠低于理論極限；此外，電池的長期工作穩(wěn)定性也是阻礙其商業(yè)化的關鍵因素。缺陷鈍化是減少非輻射復合損失和提高電池穩(wěn)定性的有效途徑，設計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引入經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，同時聚合物中的酰胺基團可與鈣鈦礦[PbI₆]_4-中的I^-形成氫鍵作用，二者協(xié)同調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)。紅外光譜和理論計算進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)。這項工作表明鈍化劑中配位鍵和氫鍵的協(xié)同作用對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聚合物結構表征

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 增強的光伏性能和器件穩(wěn)定性

該工作是團隊近期關于提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩(wěn)定性的最新進展之一，兼具了之前工作的亮點。在過去的一年中，團隊探索了含強配位氰基官能團的聚合物(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202113932)和酰胺類小分子添加劑(Chem. Eng. J., 2023, 454, 138559)對電池性能的影響。受到以上工作啟發(fā)，團隊提出在聚合物中引入小分子中常見的官能團，使得在保持原有器件良好工作穩(wěn)定性的同時兼具高效率。相關成果以“Multifunctional Polymer as an Interfacial Layer for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”為題發(fā)表在《德國應用化學》(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。該項研究得到了國家自然科學基金，中國科學院青年創(chuàng)新促進會基金，山東省自然科學基金，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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（責任編輯：xu）

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