近日，我校吕梅&朱俊&丁运生研究团队在钙钛矿太阳能电池研究领域取得新进展，相关研究成果以“Multifunctional Cross-linked Polyurethane Polymer as Interface Layer for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”为题在材料学领域的TOP期刊《Advanced Functional Materials》上在线发表（Advanced Functional Materials, 2023, DOI: 10.1002/adfm.202302162）。我校光电技术研究院朱俊研究员的硕士研究生姚恒大为第一作者，朱俊研究员、吕梅博士和丁运生教授为论文的通讯作者。
在过去的十余年里，钙钛矿太阳能电池取得了长足进展。为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性，界面层至关重要。聚氨酯作为一种常见的聚合物材料，常被用作钙钛矿太阳能电池制备过程中的添加剂，但其作为有效界面层的报道有限。研究团队通过聚氨酯和1,6-二碘己烷的自发季铵化反应，设计并合成了一种多功能交联聚氨酯。与普通聚氨酯相比，通过季铵化工艺获得的交联聚氨酯具有多种官能团和优异的耐水性，有望改善钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
研究团队将交联聚氨酯前驱体溶液旋涂到钙钛矿层上，其自发交联形成多功能界面层，这种界面后处理可以诱导钙钛矿薄膜的二次结晶。同时，因为交联聚氨酯分子链中存在多个含N和O的官能团，可作为路易斯碱为未配位的Pb2+提供孤对电子，有效地减少了钙钛矿薄膜的非辐射复合中心，改善了电池的光伏性能。通过这种策略，制备了具有优异重复性的Cs0.05FA0.95PbI3太阳能电池。电池的开路电压为1.11 V，短路电流密度为25.69 mA/cm2，填充因子为0.81，光电转换效率达到23.14%。此外，交联聚氨酯可以阻止水分子透过空穴传输层破坏钙钛矿层。因此，未封装的器件在35%的相对湿度下仍能稳定运行3000小时，显示出优异的稳定性。这项研究为设计高性能和高稳定性的钙钛矿太阳能电池提供了新思路。
该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校业务费、安徽省重大科技专项等经费支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202302162