近日，山東大學化學與化工學院于偉泳教授聯(lián)合魯東大學張樹芳教授，在鈣鈦礦太陽能電池(PSC)研究中取得重要進展，提出了一種通過水相原位聚合鏈纏結(jié)凝膠SnO2結(jié)構作為電子傳輸層，提升PSC光電轉(zhuǎn)換效率效率和鉛吸收能力的新策略。相關研究成果以“A Chain Entanglement Gelled SnO2 Electron Transport Layer for Enhanced Perovskite Solar Cell Performance and Effective Lead Capture”為題，發(fā)表在國際期刊Advanced Materials上。山東大學化學與化工學院博士研究生周禹辰、何正言為共同第一作者。 
圖1. 水相自聚合的DAES與LiCl結(jié)合，引入PVP后構建鏈纏繞凝膠結(jié)構
PSC在電子傳輸層的設計和優(yōu)化方面一直面臨挑戰(zhàn)。研究團隊提出了一種方法，將3-[[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基銨]丙烷-1-磺酸(DAES)在水相中的自聚合、LiCl的催化作用與鹽析效應結(jié)合，并引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為鏈纏結(jié)結(jié)構的聚合物鏈，從而構建了鏈纏結(jié)網(wǎng)絡凝膠(圖1)。基于此，采用化學浴沉積法，通過水相原位聚合成功制備了鏈纏結(jié)凝膠SnO2(G-SnO2)，并將其應用于PSC中的電子傳輸層。
圖2. 基于G-SnO2的PSC實現(xiàn)器件性能與鉛吸收能力的提升
基于這一新型G-SnO2結(jié)構的PSC展現(xiàn)出24.77%的功率轉(zhuǎn)換效率，并且在2100小時的空氣暴露后，保持了83.3%的初始效率。研究還發(fā)現(xiàn)，G-SnO2能夠給出更多的C=O和S=O活性位點，從而顯著增強鈣鈦礦層的鉛吸收能力(圖2)。這一策略為提升鈣鈦礦太陽能電池的性能和穩(wěn)定性提供了新方向，展示了G-SnO2結(jié)構在高效穩(wěn)定器件中的巨大潛力。
上述研究工作得到國家自然科學基金和山東大學-慕爾斯鈣鈦礦聯(lián)合實驗室的資助。
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