合肥工业大学在金属卤化物钙钛矿太阳能电池领域取得新突破

合肥工业大学在金属卤化物钙钛矿太阳能电池领域取得新突破

合肥工业大学材料科学与工程学院童国庆教授和蒋阳教授团队，联合安徽大学陈鹏鹏教授，近期在国际能源材料领域权威期刊《Advanced Energy Materials》上发表研究成果。论文题为“Bilateral Anchoring Strategy Enables Highly Efficient Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells/Modules for Self-Powered Photo-Electrocatalytic Antibacterial System”。该研究团队创新性地开发了一种由宽带隙钙钛矿太阳能电池模组驱动的光电催化抗菌系统。

论文由材料学院博士研究生杨晶婷和刘学安共同担任第一作者，本科生王保昌、陈子聪为关键参与者，通讯作者包括童国庆教授、蒋阳教授及陈鹏鹏教授。

结合太阳能光伏与光电催化技术，是推动可再生能源高效利用的重要方向。相比之下，传统硅基太阳能电池在室内或弱光条件下性能受限，其光电转换效率显著下降，难以满足全天候应用需求。而金属卤化物钙钛矿太阳能电池在标准太阳光与弱光环境下均展现出较高的光电转换效率。

然而，宽带隙钙钛矿材料在成膜过程中常出现卤素偏析现象，并伴随高密度的空位缺陷。这些缺陷不仅存在于钙钛矿层本身，还可能引发钙钛矿与电子传输层之间的界面非辐射复合，影响载流子传输效率，导致开路电压下降，最终制约电池整体性能。

童国庆教授与蒋阳教授团队提出了一种“双侧锚定”策略，通过引入多功能分子3-氟-L-苯丙氨酸（3-FLPA），作为SnO2电子传输层和钙钛矿光吸收层之间的“分子桥”。研究发现，3-FLPA中的羧基可与SnO2表面未配位的Sn原子有效结合，而其氨基与含氟基团则能稳定钙钛矿薄膜。该策略有效钝化界面缺陷，显著抑制光诱导卤素偏析，从而提升器件性能。

实验结果表明，优化后的宽带隙钙钛矿太阳能电池和模组在AM 1.5G标准光照条件下的转换效率分别达到20.43%和15.03%；在室内弱光（1000 lux）条件下，效率提升至41.57%和29.46%，展现出优异的低光环境适应性。该模组结合WSe2@WO3异质结光阳极，构建出一种自驱动的光电催化抗菌系统。该系统在无需外部电源的情况下，即可实现高效的载流子分离与活性氧物种生成，对细菌具有显著灭活效果。在标准太阳光下照射16分钟或室内弱光下照射65分钟，均可有效灭活大肠杆菌，显示出其在全天候抗菌应用中的广阔前景。

本研究工作获得了国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、安徽省自然科学基金、中央高校基本科研业务费以及合肥工业大学黄山学者优秀青年人才计划等项目的资助。同时，合肥照阳光能科技有限公司和合肥工业大学分析测试中心电镜平台也为研究提供了重要支持。

近年来，童国庆教授与蒋阳教授团队在金属卤化物钙钛矿半导体光电器件领域持续取得突破性进展，已在Joule、Nature Communications、Advanced Materials、Advanced Energy Materials等国际权威期刊发表多篇论文。相关产业化成果也已入选2025年世界制造业大会（政府馆）及安徽省创新馆常态化展示。