山東大學(xué)于偉泳教授團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得進(jìn)展
近日，山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院于偉泳教授聯(lián)合魯東大學(xué)張樹芳教授，在鈣鈦礦太陽能電池(PSC)研究中取得重要進(jìn)展，提出了一種通過水相原位聚合鏈纏結(jié)凝膠SnO2結(jié)構(gòu)作為電子傳輸層，提升PSC光電轉(zhuǎn)換效率效率和鉛吸收能力的新策略。相關(guān)研究成果以“A Chain Entanglement Gelled SnO2 Electron Transport Layer for Enhanced Perovskite Solar Cell Performance and Effective Lead Capture”為題，發(fā)表在國際期刊Advanced Materials上。山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生周禹辰、何正言為共同第一作者。 
圖1. 水相自聚合的DAES與LiCl結(jié)合，引入PVP后構(gòu)建鏈纏繞凝膠結(jié)構(gòu)
PSC在電子傳輸層的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面一直面臨挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種方法，將3-[[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基銨]丙烷-1-磺酸(DAES)在水相中的自聚合、LiCl的催化作用與鹽析效應(yīng)結(jié)合，并引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為鏈纏結(jié)結(jié)構(gòu)的聚合物鏈，從而構(gòu)建了鏈纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)凝膠(圖1)。基于此，采用化學(xué)浴沉積法，通過水相原位聚合成功制備了鏈纏結(jié)凝膠SnO2(G-SnO2)，并將其應(yīng)用于PSC中的電子傳輸層。
圖2. 基于G-SnO2的PSC實(shí)現(xiàn)器件性能與鉛吸收能力的提升
基于這一新型G-SnO2結(jié)構(gòu)的PSC展現(xiàn)出24.77%的功率轉(zhuǎn)換效率，并且在2100小時的空氣暴露后，保持了83.3%的初始效率。研究還發(fā)現(xiàn)，G-SnO2能夠給出更多的C=O和S=O活性位點(diǎn)，從而顯著增強(qiáng)鈣鈦礦層的鉛吸收能力(圖2)。這一策略為提升鈣鈦礦太陽能電池的性能和穩(wěn)定性提供了新方向，展示了G-SnO2結(jié)構(gòu)在高效穩(wěn)定器件中的巨大潛力。
上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金和山東大學(xué)-慕爾斯鈣鈦礦聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的資助。
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