【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院童國慶教授、蔣陽教授團(tuán)隊(duì)與安徽大學(xué)陳鵬鵬教授合作，在國際能源材料期刊《Advanced Energy Materials》上發(fā)表題為“Bilateral Anchoring Strategy Enables Highly Efficient Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells/Modules for Self-Powered Photo-Electrocatalytic Antibacterial System”的研究論文，創(chuàng)造性的構(gòu)建了由寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池模組驅(qū)動(dòng)的光電催化抗菌系統(tǒng)。材料學(xué)院博士生楊晶婷、劉學(xué)安為論文共同第一作者，本科生王保昌、陳子聰同學(xué)為主要參與人，童國慶教授、蔣陽教授、陳鵬鵬教授為共同通訊作者。
將太陽能光伏與光電催化系統(tǒng)相結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)高效可再生清潔能源利用的重要技術(shù)路徑。傳統(tǒng)硅基太陽能電池由于在室內(nèi)或弱光環(huán)境下的光電轉(zhuǎn)換效率較低，限制了其在不同光照條件下的全天候應(yīng)用。而寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池在標(biāo)準(zhǔn)太陽光和弱光條件下，均表現(xiàn)出優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，由于寬帶隙鈣鈦礦在成膜過程中易發(fā)生鹵化物相偏析，并產(chǎn)生較高密度的空位缺陷。電子傳輸層中的空位缺陷也會(huì)引發(fā)鈣鈦礦/電子傳輸層之間的界面非輻射復(fù)合，阻礙了載流子的傳輸，導(dǎo)致器件開路電壓損失，從而制約著寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池效率的進(jìn)一步提升。
為此，童國慶教授、蔣陽教授研究團(tuán)隊(duì)提出了一種“雙側(cè)錨定”策略，創(chuàng)新性地引入多功能添加劑3-氟-L-苯丙氨酸(3-FLPA)作為SnO2電子傳輸層與鈣鈦礦光吸收層之間的“分子橋”。研究表明，3-FLPA中的羧基(-COOH)可與SnO2表面未配位的Sn原子形成有效錨定，而其氨基和含氟取代基則與鈣鈦礦薄膜結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)界面缺陷的有效鈍化，并顯著抑制光誘導(dǎo)鹵素相偏析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，優(yōu)化后的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池及模組在AM 1.5G標(biāo)準(zhǔn)光照條件下的光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到20.43%和15.03%；在室內(nèi)弱光(1000 lux)條件下，其效率進(jìn)一步提升至41.57%和29.46%，展現(xiàn)出優(yōu)異的弱光性能。研究團(tuán)隊(duì)以該鈣鈦礦電池模組作為驅(qū)動(dòng)單元，結(jié)合WSe2@WO3異質(zhì)結(jié)光陽極，成功構(gòu)建了一種無需外加偏壓的自驅(qū)動(dòng)光電催化抗菌系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)光生載流子的高效分離與傳輸，還可產(chǎn)生大量對細(xì)菌有強(qiáng)氧化作用的活性氧基團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)高效殺菌。在標(biāo)準(zhǔn)太陽光照射16分鐘及室內(nèi)弱光照射65分鐘條件下，均可對大腸桿菌實(shí)現(xiàn)有效滅活，充分展現(xiàn)了該全天候自驅(qū)動(dòng)殺菌技術(shù)的應(yīng)用潛力。
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、安徽省自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)以及合肥工業(yè)大學(xué)黃山學(xué)者優(yōu)秀青年人才計(jì)劃等項(xiàng)目資助，同時(shí)也得到了合肥照陽光能科技有限公司、合肥工業(yè)大學(xué)分析測試中心電鏡平臺的支持。
近年來，童國慶教授、蔣陽教授研究團(tuán)隊(duì)在金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域取得系列性進(jìn)展，在Joule, Nature Communications, Advanced Materials, Advanced Energy Materials等期刊上發(fā)表數(shù)篇研究論文，產(chǎn)業(yè)化成果先后入選2025年世界制造業(yè)大會(huì)(政府館)以及安徽省創(chuàng)新館常態(tài)化展示。
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