钛矿太阳能电池因其高效率和低成本而被视为有前景的光伏技术。虽然钙钛矿太阳能电池已经取得了出色的能量转换效率，但是其长期稳定性较差和铅毒性相关的环境风险仍无法满足实际需求。此外，柔性钙钛矿太阳能电池在弯曲稳定性方面也面临实际可行性的挑战。
近期，西安电子科技大学前沿交叉研究院柔性电子中心负责人常晶晶教授等人成功制备了一种富含氢键和羰基的自修复聚合物PPG-mUPy-APDS，并将其引入钙钛矿薄膜中。该聚合物PPG-mUPy-APDS与钙钛矿之间能够形成多种化学键合，其中PPG-mUPy-APDS中的氧原子能与钙钛矿形成氢键N-H..O，PPG-mUPy-APDS中的-NH基团能与钙钛矿中的碘形成氢键N-H..I，同时，PPG-mUPy-APDS中的C=O能够钝化钙钛矿中未配位的铅。这些化学相互作用能够有效地钝化钙钛矿薄膜中的缺陷，并提升钙钛矿薄膜的质量。相关工作以“Perovskite Films Regulation via Hydrogen-Bonded Polymer Network for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”为题，以Research Article形式，发表于《Angewandte Chemie International Edition》上。该论文在读博士研究生徐雨萌为论文第一作者，常晶晶教授、杨科珂教授为论文通讯作者，西安电子科技大学为第一通讯单位。
通过氢核磁共振谱（NMR），傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等测试方法对聚合物PPG-mUPy-APDS和钙钛矿材料之间的相互作用进行了研究。此外，对制备的钙钛矿薄膜进行了多种表征，证明经过处理的钙钛矿薄膜相比原始钙钛矿薄膜有更高的薄膜质量。
由于聚合物处理后的钙钛矿薄膜具有更少的缺陷密度和更优的梯度能级排列，最终器件表现出最高23.10%的能量转换效率和优异的空气稳定性。聚合物添加剂在钙钛矿薄膜中形成的氢键网络，增强了柔性器件的机械稳定性。聚合物添加剂处理之后的钙钛矿薄膜显示出较小的杨氏模量，相应的柔性钙钛矿太阳能电池在弯曲循环测试中表现出了更出色的弯曲稳定性。此外，PPG-mUPy-APDS聚合物网络可以与Pb2+离子结合，固定铅原子，抑制铅泄露，从而降低环境危害。因此，该策略为制备高效、稳定、环保的钙钛矿太阳能电池提供了一条可行的途径。
据了解，本论文得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等科研项目的资助。论文发表后被Wiley官网Wiley Chem和学术公众号研之成理、科学材料站、高分子科技、印刷钙钛矿光电器件、麻省理工科技评论、高分子材料科学等宣传报道。（通讯员：西安电子科技大学 郭兴）
发布于：北京