西工大王洪強(qiáng)SusMat：PCE突破20.09%@45%濕度！協(xié)同原位水解聚合使空氣制無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池效率飆升！

發(fā)表時(shí)間：2025-07-17 14:39

標(biāo)圖.png

主要內(nèi)容

無(wú)機(jī)鉛鹵化物鈣鈦礦，尤其是CsPbI?，憑借其近乎理想的光電性能與極為突出的高熱穩(wěn)定性，在光伏領(lǐng)域脫穎而出，已然成為當(dāng)下光伏材料研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)之一，為推動(dòng)光伏技術(shù)邁向新高度提供了關(guān)鍵支撐。然而，高性能無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（IPSCs）的制備通常需要以近乎苛刻的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制環(huán)境濕度（大多低于40%），這不僅顯著抬高了制備成本，還在很大程度上制約了其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的規(guī)?；七M(jìn)。

01

創(chuàng)新策略：攻克高濕度制備難題

在此關(guān)鍵背景下，西北工業(yè)大學(xué)王洪強(qiáng)教授、佟宇教授、王昆教授帶領(lǐng)其精英科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展深入研究，經(jīng)過(guò)不懈探索與創(chuàng)新實(shí)踐，報(bào)告了一種通過(guò)3,3,3 - 三氟丙基三氯硅烷（TFCS）和（3 - 2 - 氨基乙基氨基）丙基三甲氧基硅烷（AEMS）處理的協(xié)同原位水解聚合策略。該策略以獨(dú)特的創(chuàng)新思路旨在防止水分侵入，并成功攻克了在高濕度空氣中高效制備CsPbI?反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（IPSCs）的技術(shù)難題。

團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，TFCS在制備過(guò)程中發(fā)揮著多維度的關(guān)鍵作用。它不僅通過(guò)水解反應(yīng)精準(zhǔn)且有效地調(diào)控結(jié)晶過(guò)程，還能通過(guò)鈍化缺陷和形成疏水保護(hù)層來(lái)穩(wěn)定相結(jié)構(gòu)，從微觀(guān)層面為鈣鈦礦材料的性能提升奠定基礎(chǔ)。此外，TFCS如同一個(gè)高效的“促進(jìn)媒介”可促進(jìn)上層AEMS的原位聚合，從而進(jìn)一步增強(qiáng)鈣鈦礦材料對(duì)環(huán)境濕氣的防護(hù)能力，構(gòu)建起一道堅(jiān)固的防潮屏障。基于此，在45%濕度條件下制備的CsPbI? IPSCs效率顯著提升至20.09%，這一數(shù)據(jù)不僅刷新了紀(jì)錄，更標(biāo)志著該領(lǐng)域技術(shù)取得了重大突破，創(chuàng)下了濕度超過(guò)40%的空氣中制備的反式IPSCs的效率紀(jì)錄。而且，器件制備的環(huán)境濕度窗口可拓寬至60%，這一突破為實(shí)際生產(chǎn)中的環(huán)境適應(yīng)性提供了更廣闊的空間，極大地放寬了制備條件限制。

02

方法優(yōu)勢(shì)：全方位提升性能

總之，該團(tuán)隊(duì)展示了一種協(xié)同的原位水解聚合方法，此方法從材料本質(zhì)層面有效提升了在空氣中制備的CsPbI?鈣鈦礦薄膜的相穩(wěn)定性，并全方位、顯著地增強(qiáng)了相應(yīng)反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（IPSCs）的光伏性能。

具體而言，三氟甲基硅烷（TFCS）和氨基乙基甲基硅烷（AEMS）這兩種有機(jī)硅烷分子能夠發(fā)生原位水解聚合反應(yīng)，通過(guò)巧妙的分子設(shè)計(jì)與相互作用，為鈣鈦礦薄膜構(gòu)筑起一道堅(jiān)實(shí)的防護(hù)屏障，保護(hù)其免受環(huán)境濕氣的侵蝕。通過(guò)采用TFCS進(jìn)行中間處理，可調(diào)控結(jié)晶過(guò)程，且在空氣環(huán)境中處理時(shí)，富含向上分布的–CF?基團(tuán)的交聯(lián)TFCS網(wǎng)絡(luò)可提供疏水保護(hù)，有效阻擋水汽的滲透。此外，通過(guò)AEMS的后處理，利用其與TFCS的相互作用促進(jìn)原位聚合，可賦予薄膜額外的疏水保護(hù)，形成多層次的防護(hù)體系。這種協(xié)同的原位水解聚合方法不僅增大了晶粒尺寸、鈍化了缺陷，還確保了CsPbI?鈣鈦礦薄膜在空氣環(huán)境中制備過(guò)程中的可靠保護(hù)。結(jié)合優(yōu)化的能級(jí)匹配，所得光伏器件的效率和穩(wěn)定性均得到顯著提升。具體數(shù)據(jù)方面，在濕度為45%的條件下，器件效率達(dá)到20.09%，這一成果在國(guó)際同類(lèi)研究中處于領(lǐng)先地位，創(chuàng)下了濕度超過(guò)40%的空氣環(huán)境中制備的反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率新紀(jì)錄。此外，該器件的耐濕性也得到增強(qiáng)，在60%濕度下仍能保持優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），展現(xiàn)出良好的環(huán)境適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

03

研究意義：推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

該團(tuán)隊(duì)的研究為空氣中制備的CsPbI?的原位穩(wěn)定化開(kāi)辟了重要途徑，為解決無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的關(guān)鍵難題提供了創(chuàng)新性的解決方案，為無(wú)機(jī)鈣鈦礦光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，有助于進(jìn)一步推動(dòng)高效且低成本的無(wú)機(jī)鈣鈦礦光伏技術(shù)朝著大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的方向邁進(jìn)。