当前位置:首页 >> 基金要闻 >> 基金要闻

 

    我国在具有防水和自修复功能的聚合物骨架钙钛矿太阳能电池研究方面取得重要研究进展

    日期 2016-01-27   来源:工程与材料学部   作者:陈克新 苗鸿雁  【 】   【打印】   【关闭

      近日,由俞大鹏院士领导的北京大学“纳米结构与低维物理”研究团队在具有防水和自修复功能的聚合物骨架钙钛矿太阳能电池研究方面取得重要进展。研究成果以“A polymer scaffold for self-healing perovskite solar cells”(《具有自修复功能的聚合物骨架钙钛矿太阳能电池》)为题发表在Nature Communications【6, 10228(2016)】上(文章链接:http://www.nature.com/ncomms/2016/160106/ncomms10228/fig_tab/ncomms10228_F6.html)。该研究得到了国家自然科学基金重大研究计划(91433102)等项目的支持。

      有机无机杂化钙钛矿型(CH3NH3PbI3)太阳能电池具有高吸收系数、平衡的电子空穴迁移率、可调控的带隙、极高的量子发光效率和较大的缺陷容忍度等一系列特点。以上特点虽然能使此类电池的光电转化效率超过20%,但其在潮湿环境下易发生水解并失效,电池的长期稳定性成为困扰其商业化的瓶颈所在。

      该团队的赵清副教授等设计了一种钙钛矿电池的新结构,将长链吸湿性聚乙二醇(PEG)分子作为聚合物骨架引入到钙钛矿材料吸光层中,使钙钛矿材料成膜质量得到显著改善,电池光电转化效率和重复性得到显著提高,最高效率可达16%,而且该种电池材料在100OC下一步法即可完成,制备方法简单易行,易于推广。由于PEG分子的超强吸湿性,聚合物骨架钙钛矿电池在湿度环境下的稳定性得到显著提升:没有任何封装的电池器件在异常潮湿环境中(70%相对湿度)展现出超过300小时的稳定性。不仅如此,聚合物骨架钙钛矿电池还展现出神奇的“自修复”功能:在钙钛矿材料在被水解破坏后,1分钟内可迅速自修复回到原来的电池状态和电池效率。研究表明,由于PEG与钙钛矿材料中的甲胺离子具有很强的相互作用,使水解后的碘化铅与甲胺碘可原位再次生成钙钛矿材料,展现出电池材料和效率均可“自修复”的功能。这种新型聚合物骨架结构使钙钛矿电池对水破坏性和潮湿环境的耐受度有很大增强,因此提高了电池在湿度环境下的稳定性,解决了钙钛矿电池害怕水汽和电池效率在潮湿环境下会迅速减退的应用难题,表现出很好的自修复功能,为今后钙钛矿电池商业化提供了一条新思路,具有重要的科学意义和应用价值。

    图1 聚合物骨架钙钛矿太阳能电池结构示意图;

    图2 电池光伏性能的自修复I-V曲线;

    图3 钙钛矿薄膜在被水汽破坏后一分钟内的自修复展示照片,薄膜回复到初始状态。