【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】鈣鈦礦太陽能電池憑借其高光電轉(zhuǎn)換效率與低制造成本，正成為下一代光伏技術(shù)商業(yè)化進(jìn)程中的領(lǐng)跑者。然而，其固有的穩(wěn)定性難題與潛在的鉛泄漏風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重阻礙了大規(guī)模應(yīng)用與可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)有封裝材料多沿用傳統(tǒng)硅電池技術(shù)，雖能提供基礎(chǔ)保護(hù)，卻普遍缺乏損傷自修復(fù)能力。一旦封裝層在戶外復(fù)雜環(huán)境中產(chǎn)生裂紋，其屏障功能將永久失效，導(dǎo)致水分與氧氣侵入、性能加速衰減，并引發(fā)不可逆的鉛污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，亟需開發(fā)一種能夠快速響應(yīng)損傷、具備高效自修復(fù)能力與主動(dòng)鉛捕獲功能的新型封裝材料，這已成為推動(dòng)鈣鈦礦光伏技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全、可持續(xù)商業(yè)化所必須突破的關(guān)鍵瓶頸。
 

　　針對上述問題，西安交通大學(xué)前沿院魯廣昊教授團(tuán)隊(duì)與合作者通過創(chuàng)新的分子設(shè)計(jì)，開發(fā)了一種烷氧基聚乙烯咪唑雙(三氟甲磺?；?酰亞胺動(dòng)態(tài)離子基團(tuán)的聚合物封裝材料。其核心設(shè)計(jì)思路在于引入柔性烷氧基側(cè)鏈以降低材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，同時(shí)利用大體積、電荷高度離域的雙(三氟甲磺?；?酰亞胺陰離子與咪唑陽離子構(gòu)建動(dòng)態(tài)可逆的離子聚集體，形成獨(dú)特的“軟-硬”協(xié)同結(jié)構(gòu)。該封裝材料的自愈合能力源于其內(nèi)部動(dòng)態(tài)離子聚集體的熱響應(yīng)行為，即當(dāng)材料受損受熱時(shí)，聚集體內(nèi)的靜電作用減弱，離子發(fā)生解離并攜帶聚合物鏈段向裂紋界面遷移并重新結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自主修復(fù)。這一過程由焓變(ΔH<0)和熵增(ΔS>0)共同驅(qū)動(dòng)，使體系吉布斯自由能降低(ΔG<0)，從而在熱力學(xué)上自發(fā)完成快速愈合。實(shí)驗(yàn)表明，該封裝層在50 ℃下經(jīng)過6分鐘即可完全修復(fù)損傷裂紋，85 ℃下修復(fù)僅需50秒。
 

　　基于該材料設(shè)計(jì)與愈合機(jī)制，封裝層展現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能，它不僅具備高透明度、強(qiáng)附著力與優(yōu)異的水氧阻隔性，更通過自愈合物理屏障與化學(xué)吸附的協(xié)同作用，在模擬暴雨等惡劣條件下對鉛泄漏實(shí)現(xiàn)了超過99%的抑制效率。封裝器件在加速老化測試中表現(xiàn)出長期穩(wěn)定性，經(jīng)過1500小時(shí)的濕熱測試和300次熱循環(huán)后，EP封裝器件分別保持了其初始效率的95.17%和93.53%。本研究通過將“被動(dòng)封裝”升級為“主動(dòng)修復(fù)”，為鈣鈦礦光伏技術(shù)的可靠性提供了關(guān)鍵解決方案。
 

　　該研究成果以《離子聚集體介導(dǎo)的快速自修復(fù)聚合物實(shí)現(xiàn)可持續(xù)鈣鈦礦太陽能電池的有效封裝》(A rapid self-healing polymer mediated by ion aggregates achieves effective encapsulation of sustainable perovskite solar cells)為題，發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)。西安交通大學(xué)前沿院助理教授王雙潔為論文第一作者，西安交通大學(xué)前沿院王雙潔、魯廣昊教授和西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院李炫華教授為通訊作者。以上工作得到國家自然科學(xué)基金、陜西省科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。表征以及測試工作得到西安交通大學(xué)分析測試中心的支持。