聚合物骨架钙钛矿太阳能电池取得重要研究进展

肖逸

[本刊讯]由北京大学俞大鹏院士领导的“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。相关研究成果在线发表于NatureCommunications，2016，7：1-9上。

由于具有高吸收系数、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，使得平面异质结有机-无极杂化钙钛矿型（CH₃NH₃PbI₃）太阳能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使电池失效，电池的长期稳定性成为困扰其商业化的瓶颈。

该团队研究人员设计了一种钙钛矿电池的新结构，即在钙钛矿电池材料吸光层中引入长链吸湿性聚乙二醇（PEG）分子作为聚合物骨架，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%，并且该种电池材料在100℃下一步法即可完成，制备方法简单易行，易于推广。

PEG分子具有超强吸湿性，能显著提高聚合物骨架钙钛矿电池在湿度环境下的稳定性，使得没有任何封装的电池器件在异常的潮湿环境中（70%相对湿度）就能够展现出超过300小时的稳定性。不仅如此，该聚合物骨架钙钛矿电池还展现出神奇的“自修复”功能，表现在钙钛矿材料被水解破坏后，1分钟内即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钙钛矿太阳能电池为商业化应用发展提供了一条新思路。