- 蘇州大學(xué)李永舫院士團(tuán)隊(duì)李耀文教授AM：在鈣鈦礦太陽能電池封裝材料方面取得新進(jìn)展
- 發(fā)布日期：2024-03-26
近日，《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）以“Macromers for Encapsulating Perovskite Photovoltaics and Achieving High Stability”為題，在線報(bào)道了蘇州大學(xué)李耀文教授通過大分子單體策略，實(shí)現(xiàn)無光電轉(zhuǎn)換效率損失的高氣密性全覆蓋式紫外光固化封裝，在鈣鈦礦太陽能電池封裝領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展（Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.202400218）。
鈣鈦礦太陽能電池（pero-SCs）因其高光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）、可高通量溶液印刷等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)引得廣泛關(guān)注。然而，由于鈣鈦礦本征離子特性，較差的濕度穩(wěn)定性是制約pero-SCs商業(yè)化的關(guān)鍵因素。外部封裝是防止環(huán)境水汽與鈣鈦礦器件直接接觸的有效途徑。其中，紫外光固化策略具有反應(yīng)條件可控，可低溫加工等優(yōu)勢(shì)，但常見的紫外光固化膠（UVCAs）與pero-SCs直接接觸會(huì)導(dǎo)致PCE迅速衰減，因而無法應(yīng)用于高密封性的全覆蓋式封裝。為解決這一問題，蘇州大學(xué)李耀文教授等人首先探究了UVCAs中的單體誘導(dǎo)pero-SCs效率衰減的誘導(dǎo)因素：（1）小分子小尺寸的單體易滲透進(jìn)入pero-SCs內(nèi)部，形成絕緣屏障從而阻礙界面電荷抽提；（2）高極性單體會(huì)分解鈣鈦礦晶格。基于上述認(rèn)知，設(shè)計(jì)了聚異丁烯二丙烯酸酯（PIBA）作為大分子單體，增大的分子尺寸避免了單體分子的層間滲透行為，低極性特性防止了其對(duì)鈣鈦礦活性層的侵蝕，同時(shí)聚異丁烯的分子主鏈結(jié)構(gòu)使得固化后的PIBA具有高氣密性，從而實(shí)現(xiàn)了無PCE損失的高效全覆蓋式封裝。最終基于PIBA的全覆蓋式封裝的pero-SCs獲得了遠(yuǎn)超傳統(tǒng)商用環(huán)氧樹脂邊緣封裝的優(yōu)異密封性，在85%相對(duì)濕度環(huán)境下放置2000 h后仍然保持了初始PCE的95%以上；相關(guān)封裝器件在1 m深的水中浸泡30 min的ISO 20653:2013 IPX7測(cè)試后沒有效率損失。此外，基于PIBA的全覆蓋式封裝策略表現(xiàn)出對(duì)不同鈣鈦礦組分和不同器件結(jié)構(gòu)pero-SCs的優(yōu)異通用性。
作者系統(tǒng)地研究了UVCAs中的單體分子結(jié)構(gòu)和所封裝pero-SCs性能衰減之間的構(gòu)效關(guān)系，從而提出了一種低極性的大分子單體設(shè)計(jì)策略，成功避免了全覆蓋封裝過程中單體的層間滲透行為和對(duì)鈣鈦礦的侵蝕，最終實(shí)現(xiàn)了無性能損失的全覆蓋式封裝，并顯著提高了器件的濕度穩(wěn)定性。該策略為鈣鈦礦太陽能電池的封裝材料設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)，并為制備面向?qū)嶋H應(yīng)用的高穩(wěn)定性pero-SCs提供了可能。
該工作第一作者是蘇州大學(xué)碩士研究生唐曉華和張?zhí)祢湥ㄓ嵶髡邽槔钜慕淌诤筒┦亢箨惡ｊ枴Ｔ撗芯砍晒玫搅藝?guó)家杰出青年科學(xué)基金（52325307）等項(xiàng)目的資助和支持。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400218?af=R
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