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鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率已從< 4%上升到目前的26%，可與商業(yè)晶體硅電池相媲美。其高效率和低制造成本為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了廣泛的應(yīng)用前景。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在商業(yè)化過(guò)程中難免會(huì)遇到惡劣的天氣。雨水、高溫等因素會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的鉛泄漏，有毒的鉛積累對(duì)人類(lèi)的健康和環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。然而，無(wú)鉛和部分鉛取代的鈣鈦礦材料的器件效率和穩(wěn)定性較差。因此，純鉛基鈣鈦礦材料仍然是獲得高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最佳保證。在無(wú)法成功消除鉛的前提下，想要保持高效率和穩(wěn)定性，盡量減少鉛的泄漏是至關(guān)重要的。

青島科技大學(xué)化學(xué)院周忠敏教授團(tuán)隊(duì)與合作者報(bào)道了一種有機(jī)小分子單體八氟-1,6-己二醇二丙烯酸酯（OF-HDDA）引入鈣鈦礦薄膜通過(guò)末端烯烴發(fā)生原位交聯(lián)形成聚合物（POF-HDDA），獲得高性能高穩(wěn)定性且低鉛泄漏的器件與模組。POF-HDDA克服了小分子波動(dòng)大、擴(kuò)散系數(shù)高、在鈣鈦礦內(nèi)部分布不均勻等缺點(diǎn)。該文章提出了通過(guò)熱交聯(lián)形成聚合物的策略，羰基錨定鈣鈦礦中未配位的Pb2+，減少鉛的泄漏。同時(shí)通過(guò)鈍化內(nèi)部Pb相關(guān)和I相關(guān)缺陷調(diào)節(jié)鈣鈦礦膜的結(jié)晶，降低陷阱密度，釋放晶格應(yīng)變，促進(jìn)載流子的運(yùn)輸和提取。進(jìn)而獲得高性能高穩(wěn)定的低鉛泄漏的器件和模組。

結(jié)果表明，聚合物處理器件的冠軍PCE達(dá)到24.76%，大面積模塊（面積為14 cm2）的PCE達(dá)到20.66%。-CF2-重復(fù)單元使鈣鈦礦具有疏水性，采用立體方式封裝鈣鈦礦，有效防止鉛在水和氧滲透下發(fā)生泄漏，鉛泄漏抑制率為85%。此外，POF-HDDA修飾的器件還表現(xiàn)出了優(yōu)秀的存儲(chǔ)、濕度穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和運(yùn)行穩(wěn)定性。在空氣中儲(chǔ)存4300h后，仍然保留原始效率的90%；在連續(xù)光照1000小時(shí)后，器件仍保持原始效率的92%，這項(xiàng)工作將有效推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化。

這一成果近期發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是化學(xué)院2021級(jí)碩士研究生張家康，通訊作者王莉教授，高洪濤教授和周忠敏教授。

在鈣鈦礦中用錫取代部分鉛，一方面可以降低毒性，另一方面可以降低帶隙，潛在的改善器件性能。然而，錫鉛鈣鈦礦結(jié)晶速度快、Sn2+易被氧化成Sn4+，使得錫鉛合金鈣鈦礦薄膜的體相和表面產(chǎn)生很多缺陷，從而導(dǎo)致鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件的不穩(wěn)定性問(wèn)題。鑒于此，周忠敏團(tuán)隊(duì)和合作者將含有亞砜基團(tuán)的有機(jī)小分子三甲基碘化亞砜（TMSI）作為添加劑和氟化亞錫（SnF2）同時(shí)引入錫鉛合金鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中，以調(diào)節(jié)鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶，制備高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。我們通過(guò)密度泛函理論（DFT）和核磁共振氫譜（1H NMR）分析了TMSI與鈣鈦礦的相互作用，并且通過(guò)XPS表明TMSI的引入抑制了Sn2+的氧化。

結(jié)果獲得了具有高取向和低缺陷密度的錫鉛合金鈣鈦礦薄膜，同時(shí)抑制了離子遷移。經(jīng)過(guò)TMSI和SnF2處理的錫鉛合金太陽(yáng)電池PCE最高達(dá)到22.6%，摻雜后的器件，未封裝情況下，在N2中具有超過(guò)6000 h的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。此外，在最大功率點(diǎn)（MPP）連續(xù)照射下也表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，在N2氣氛中1200h后器件PCE仍保持其初始PCE的88%。因此，這種多功能調(diào)節(jié)的方法為加速鈣鈦礦光伏的發(fā)展提供了一種有希望的化學(xué)策略。相關(guān)成果發(fā)表在ACS Energy Letters上（IF=23.991），論文第一作者為化學(xué)院2020級(jí)碩士研究生姜霞飛，通訊作者為李崇文博士和周忠敏教授。

原標(biāo)題：青島科技大學(xué)周忠敏團(tuán)隊(duì)在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展