魯東大學張樹芳教授和南通大學胡延強博士團隊2022年以來在高性能鈣鈦礦太陽能電池鉛泄漏及其防護方面取得的一系列研究進展

在過去的十年中，鈣鈦礦太陽能電池在提高光電轉換效率方面取得了前所未有的進展，與傳統太陽能電池相比也有著與之相當的穩定性，因而被認為是最有前途的光伏技術之一。然而，鈣鈦礦中的水溶性鉛具有高毒性，潛在的鉛泄漏仍然是該技術商業應用的最大障礙。為此，魯東大學張樹芳教授和南通大學胡延強博士團隊在鈣鈦礦太陽能電池鉛防護方面取得了一系列重要研究進展。在能源與材料領域國際著名期刊Advanced?Functional Materials、Chemical Engineering Journal、Small Methods、Solar RRL發表系列論文四篇。

1.Small Methods：苯基苯并咪唑磺酸對鈣鈦礦太陽能電池性能改善和鉛泄漏抑制具有雙重作用

該文章通過在鈣鈦礦前驅體溶液中添加一種幾乎不溶于水的兩性苯基苯并咪唑磺酸(PBSA)，同時實現了結晶生長的調節和缺陷鈍化，并減少了高性能器件的鉛泄漏。此外，在?0.09 cm²?的器件中實現了?23.27%?的光電轉換效率，對于孔徑面積為?19.32 cm²?的大面積模塊也獲得了?15.31%?的光電轉換效率，并且器件具有優良的穩定性。

Hu Y, He Z, Jia X, Zhang S, Tang Y, Wang J, Wang M, Sun G, Yuan G, Han L. Dual functions of performance improvement and lead leakage mitigation of perovskite solar cells enabled by phenylbenzimidazole sulfonic acid[J]. Small Methods, 2022, 6(2): 2101257.

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smtd.202101257

2.?RRL：D-青霉胺引入SnO₂層制備環境友好型高性能鈣鈦礦太陽能電池

該文通過在?SnO₂電子傳輸層中引入多功能界面交聯劑D-青霉胺?(DPM)?改善了?SnO₂?與上部鈣鈦礦之間的界面接觸。DPM可以通過酯化反應鈍化?SnO₂表面的缺陷，通過調節界面能級排列促進鈣鈦礦電荷的提取，通過與鉛離子形成配位鍵改善鈣鈦礦薄膜的質量。使得光電轉換效率由22.44%提升至24.09%。?此外，未封裝的?DPM 改性器件表現出比原始器件更好的儲存穩定性、熱穩定性、光穩定性以及泄漏的鉛離子的原位吸收能力。

He Z, Hu Y, Sun G, Song W, Wang X, Zhang S, Wang J, Wang M, Sun T, Tang Y. Simultaneous Chemical Crosslinking of SnO₂ and Perovskite for High‐Performance Planar Perovskite Solar Cells with Minimized Lead Leakage[J]. Solar RRL, 2022: 2200567.

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.202200567

3.CEJ：整體界面修飾策略用于提高鈣鈦礦太陽能電池性能并減少鉛泄露

該文證明整體界面修飾策略可通過修改鈣鈦礦層和電荷傳輸層等功能層之間的相關界面來有效提高電池的性能和穩定性并防止鉛泄漏。同分異構體BZP分子可以減緩紫外光對過氧化物的降解，調整界面之間的能級排列，而不溶于水的PBSA和Pb²⁺之間的強配位有助于鈍化過氧化物的表面缺陷，防止Pb²⁺滲漏到環境中。PBSA對泄漏的?Pb²⁺?具有出色的吸收能力，優化后的電池組件的鉛泄漏也得到了有效抑制，獲得了24.14% (0.09 cm²?)?的效率和?17.36% (19.32 cm²?)?的模塊效率，同時T90?和 T80?壽命在持續光照下也分別超過了 1130 小時和 2000 小時。

Hu Y, Song W, Wang X, Shi X, Jia X, He Z, Zhang S, Yuan G, Wang M, Wang J, Sun J, Sun T, Tang Y. A holistic sunscreen interface strategy to effectively improve the performance of perovskite solar cells and prevent lead leakage[J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 433: 134566.

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722000742

4.AFM：鉛安全鈣鈦礦太陽電池的研究進展

本文綜述了鉛的毒性、鈣鈦礦中鉛泄漏對環境的影響以及開發無鉛鈣鈦礦所做出的努力，介紹了近年來在減少鉛泄漏方面取得的進展，重點介紹了鈣鈦礦太陽能電池封裝層和功能層中應用的鉛螯合材料，并簡要總結了從損壞或退役的器件中回收鉛的方法。這篇綜述可以作為有興趣促進鈣鈦礦太陽能電池從開發到應用的研究人員的指南。

Gao Y, Hu Y, Yao C, Zhang S. Recent advances in lead-safe perovskite solar cells[J]. Advanced Functional Materials, 2022, DOI:?10.1002/adfm.202208225.

主要作者介紹

胡延強，南通大學化學化工學院校聘副教授，2021年于南京理工大學獲得博士學位。目前主要研究方向為高效有機-無機雜化/全無機鈣鈦礦太陽能電池的制備及穩定性研究。

何正言，魯東大學物理與光電工程學院研究生。目前主要研究方向?? 為鈣鈦礦太陽能電池的鉛泄露與防護。

高瑜霜，魯東大學物理與光電工程學院研究生。目前主要研究方向為鈣鈦礦太陽能電池的鉛泄露與防護。

張樹芳，魯東大學物理與光電工程學院教授，“泰山學者”青年專家。從事新型太陽能電池器件材料及機理研究，近年來重點研究鈣鈦礦太陽能電池環境安全性及鉛泄露的防護問題。發表論文100余篇，部分研究成果發表在《Energy & Environmental Science》、《Advanced Energy Materials》、《ACS Energy Letters》等能源領域著名學術期刊上，5篇論文入選ESI高被引論文，? 其中單篇引用最高達660次。