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南大陳義旺AM：聚合物模板仿生礦化+無反溶劑，打造高性能鈣鈦礦太陽能電池！

發(fā)表時間：2025-07-09 14:48

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主要內容

在鈣鈦礦薄膜形成過程中，采用無反溶劑法制備以優(yōu)化晶體質量、實現(xiàn)高效鈣鈦礦太陽能電池（PVSCs），成核調控已成為該領域的關鍵研究課題。南昌大學高分子及能源化學研究院院長、江西師范大學氣硅能源材料與化學教育部重點實驗室主任陳義旺教授，以及江西師范大學化學化工學院梁愛輝教授帶領其團隊，針對這一課題展開了深入系統(tǒng)的研究。

01直擊痛點：無反溶劑法成核難題的精準聚焦

在無反溶劑制備工藝中，金屬離子分布不均會引發(fā)后續(xù)非均勻成核問題，進而導致垂直方向的成核過程難以精準控制。這一關鍵問題嚴重制約了無反溶劑法制備鈣鈦礦太陽能電池的性能與穩(wěn)定性提升。陳義旺教授和梁愛輝教授團隊敏銳地捕捉到這一行業(yè)痛點，將研究目光聚焦于此，力求找到有效的解決方案，為無反溶劑法在鈣鈦礦太陽能電池制備中的應用掃除障礙。

研究過程中，團隊對旋涂過程中鈣鈦礦的成核過程進行了原位監(jiān)測，全面且系統(tǒng)地研究了埋底界面處鈣鈦礦薄膜的形貌、結晶度以及光伏性能。結果顯示，在較低過飽和度水平下成核的鈣鈦礦薄膜，其埋底界面處結晶質量欠佳、缺陷密度較高，這進一步證實了成核過程難以精準控制對鈣鈦礦太陽能電池（PVSCs）性能與穩(wěn)定性的嚴重損害，凸顯了解決這一問題的緊迫性和重要性。

02創(chuàng)新破局：CMC 仿生礦化策略的巧妙施策

基于對無反溶劑法成核難題的深入洞察，陳義旺教授和梁愛輝教授團隊創(chuàng)新性地在鈣鈦礦層埋底界面引入功能性生物聚合物羧甲基殼聚糖（CMC），以此促進均勻的垂直成核。團隊提出了一種利用聚合物模板——羧甲基殼聚糖（CMC）的仿生礦化策略，該策略猶如一把精準的手術刀，能夠精準調控成核過程。

通過這一策略，團隊成功制備出高質量的無反溶劑鈣鈦礦薄膜。同時，CMC的引入帶來了多重積極效應。它有效改善了鈣鈦礦薄膜質量，讓薄膜更加均勻致密；鈍化了界面缺陷，減少了電荷復合的通道；緩解了殘余應力，增強了薄膜的穩(wěn)定性。此外，該策略還優(yōu)化了能級排列，顯著促進了界面處的載流子提取與傳輸，為提高鈣鈦礦太陽能電池的性能提供了有力保障。

03成果領航：高效穩(wěn)定電池開啟產(chǎn)業(yè)化新篇

采用無反溶劑法制備的含CMC的鈣鈦礦太陽能電池展現(xiàn)出令人矚目的性能。其實現(xiàn)了25.12%的**光電轉換效率（PCE），在無反溶劑制備的器件中處于領先地位，且穩(wěn)定性顯著提升。尤為突出的是，大面積（1 cm2）鈣鈦礦太陽能電池也取得了24%的優(yōu)異光電轉換效率，這一成果為鈣鈦礦太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)和實際應用提供了重要支撐。

另外，由于CMC與I?之間通過氫鍵相互作用抑制了離子遷移，改進后的鈣鈦礦器件在光照條件下表現(xiàn)出**的穩(wěn)定性。陳義旺教授和梁愛輝教授團隊的這項研究成功展示了仿生礦化概念在開發(fā)高效無反溶劑鈣鈦礦太陽能電池中的應用潛力，為可擴展印刷模塊的開發(fā)奠定了堅實基礎的同時，為鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化進程開辟了新的道路，引領著鈣鈦礦太陽能電池領域向高效、穩(wěn)定、產(chǎn)業(yè)化的方向大步邁進。