鄭大張懿強AM：內(nèi)置封裝網(wǎng)絡(luò)引發(fā)應(yīng)變場，使鈣鈦礦太陽能電池中鉛泄漏抑制率高達96.98%

主要內(nèi)容

盡管鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）憑借**的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）在光伏領(lǐng)域大放異彩，成為**潛力的新一代能源技術(shù)，然而，其運行穩(wěn)定性欠佳以及鉛（Pb）泄漏問題，卻如同一道難以跨越的溝壑，嚴重阻礙了其邁向商業(yè)化應(yīng)用的步伐。長期以來，由于鉛沉淀機制錯綜復(fù)雜、尚不明晰，業(yè)內(nèi)普遍認為，防止鉛泄漏主要依賴于傳統(tǒng)的薄膜外封裝技術(shù)，但這種單一手段效果有限，難以從根本上解決問題。

01

創(chuàng)新研究：構(gòu)建堅固“鎧甲”強化鈣鈦礦薄膜

由鄭州大學(xué)張懿強教授、馬俊杰教授，以及中國科學(xué)院綠色印刷重點實驗室主任宋延林教授領(lǐng)銜的科研團隊，憑借深厚的專業(yè)知識和勇于創(chuàng)新的精神，開展了一項**前瞻性和突破性的研究。該團隊獨辟蹊徑，精心構(gòu)建內(nèi)置化學(xué)密封網(wǎng)絡(luò)協(xié)同封裝體系，并巧妙引入平衡的壓縮應(yīng)變場，成功實現(xiàn)了對鈣鈦礦薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強化。這一創(chuàng)新舉措如同為鈣鈦礦薄膜穿上了一層堅固的“鎧甲”，在提高結(jié)構(gòu)解離的熱力學(xué)能壘方面成效斐然，有效抵御了外部刺激對器件的破壞，從而大幅降低了鉛泄漏的風(fēng)險。

為了深入探究鉛泄漏的內(nèi)在機制，團隊借助**的原位平面分辨陰極發(fā)光技術(shù)和深度分辨掠入射廣角散射技術(shù)，對鈣鈦礦薄膜進行了全方位、深層次的剖析。經(jīng)過不懈努力，終于成功闡明了薄膜內(nèi)二次鉛相的空間演變規(guī)律，為解決鉛泄漏問題提供了關(guān)鍵的理論依據(jù)。*終，實驗結(jié)果顯示，受損鈣鈦礦太陽能電池的鉛泄漏抑制率高達96.98%，這一驚人的數(shù)據(jù)充分證明了該研究方法的有效性和可靠性。

02

成果斐然：光電轉(zhuǎn)換效率與環(huán)境穩(wěn)定性雙突破

不僅如此，研究團隊在光電轉(zhuǎn)換效率方面也取得了令人矚目的成就。經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化和精心制備，面積為0.10 cm2的電池光電轉(zhuǎn)換效率達到了26.11%，而面積為100 cm2的組件光電轉(zhuǎn)換效率也穩(wěn)定在20.41%。更值得一提的是，未封裝的鈣鈦礦太陽能電池在濕度環(huán)境下歷經(jīng)2160小時的嚴峻考驗后，仍能保持初始光電轉(zhuǎn)換效率的97.05%，展現(xiàn)出極強的環(huán)境適應(yīng)性和長期穩(wěn)定性，這在實際應(yīng)用中具有重要意義。

在本研究中，團隊創(chuàng)新性地采用植入內(nèi)置化學(xué)密封網(wǎng)絡(luò)進行封裝，并引入平衡應(yīng)變場的方式，搭建起一個全新的薄膜內(nèi)研究平臺。這一平臺的建立，旨在從根本上攻克鈣鈦礦太陽能電池運行不穩(wěn)定和鉛污染風(fēng)險等關(guān)鍵難題。通過深入研究，團隊發(fā)現(xiàn)，在外部刺激的作用下，鈣鈦礦材料的老化降解部位和鉛泄漏源頭主要集中于淺表面缺陷。而壓縮應(yīng)變所賦予的結(jié)構(gòu)剛性增強，就像給材料注入了一股強大的“力量”，大幅提高了與鉛相關(guān)降解反應(yīng)的熱力學(xué)能壘，使得鉛離子更難從材料中解離出來。此外，苯并惡嗪（BEN）上的路易斯堿基團（包括羥基─OH和羰基─C═O）與鉛（Pb）位點之間產(chǎn)生的化學(xué)螯合作用，如同一個個精準(zhǔn)的“捕手”，在螯合解離的鉛離子方面發(fā)揮了關(guān)鍵的協(xié)同效應(yīng)，進一步減少了鉛泄漏的可能性?；诖?，所制備的器件展現(xiàn)出**的鉛屏蔽能力，即便處于極端環(huán)境條件，也能將鉛泄漏有效控制在安全水平，為鈣鈦礦太陽能電池的安全使用提供了有力保障。

03

意義深遠：為鈣鈦礦電池商業(yè)化鋪就光明之路

這種基于應(yīng)變場調(diào)控的鈣鈦礦太陽能電池（SF-PSCs）不僅實現(xiàn)了26.11%的高光電轉(zhuǎn)換效率，而且在25℃、相對濕度50%的環(huán)境中暴露超過2100小時后，效率損失不到3%，充分彰顯了其優(yōu)異的運行穩(wěn)定性和耐久性。同時，面積為100 cm2的組件也取得了20.41%的光電轉(zhuǎn)換效率，為大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

該研究為通過調(diào)控薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)剛性來緩解鉛泄漏問題提供了全新的概念性見解，猶如一盞明燈，為推動鈣鈦礦太陽能電池的環(huán)境可持續(xù)發(fā)展指明了方向。同時，也為克服其商業(yè)化進程中的關(guān)鍵障礙提供了有力的理論支撐和實用的解決方案，有望加速鈣鈦礦太陽能電池從實驗室走向市場的步伐，為全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻。

文獻信息

Initiating Strain Field for Mitigating Lead Leakage in Perovskite Solar Cells with Built-in Encapsulating Networks

Huaiqing Luo, Junjie Ma, Peng Gao, Shiheng Wang, Rudai Zhao, Jing Yang, Yang Li, Pengfei Zhou, Qun Xu, Rui Zhu, Zonghao Liu, Xiong Li, Wei Chen, Yanlin Song, Yiqiang Zhang

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202506206

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