近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所能源材料与器件制造研究部研究员胡林华课题组等将聚乙烯吡咯烷酮引入钙钛矿吸光材料，实现了钙钛矿太阳电池自修复。

近年来，钙钛矿材料因其优异的光电性能，成为光电器件领域中具有应用前景的光电材料之一。目前钙钛矿太阳电池光电转换效率达25.5%，但是钙钛矿材料对辐射、湿度等敏感，暴露在大气条件下容易降解，严重影响其使用。因此，开发高性能、高稳定和具有自修复功能的钙钛矿太阳电池器件尤为重要，具有挑战性。

“钙钛矿太阳电池在空气环境中工作时，水分是导致其分解的关键因素之一。”胡林华表示，鉴于此，研究人员在钙钛矿前驱体溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮。聚乙烯吡咯烷酮具有高密度的极性羰基，可以与甲胺离子的亚氨基基团形成氢键相互作用;另一方面，聚乙烯吡咯烷酮可与碘甲胺形成中间络合物减缓钙钛矿晶体的成核速度。以上两种效应使得钙钛矿薄膜具有更少的缺陷和更大的晶粒尺寸，使得制作的太阳电池具有较强的自修复功能，湿度稳定性得到明显提升。

聚乙烯吡咯烷酮是一种长链聚合物，将其引入太阳电池中，可以包裹钙钛矿吸光材料，形成疏水屏障，阻止水分子的入侵。它还能与甲胺离子的亚氨基基团形成氢键相互作用，抑制甲胺的分解和挥发，提高电池自愈能力。聚乙烯吡咯烷酮的引入，实现了电池多次自修复，提升了电池的工作寿命，并使得钙钛矿薄膜缺陷减少，晶粒增大，提高了电池的光电转化效率。

钙钛矿材料生长过程中对环境因素极为敏感，聚乙烯吡咯烷酮是一种绝缘聚合物，它的引入势必会影响钙钛矿晶体生长和薄膜的导电性。通过调控聚乙烯吡咯烷酮的工艺步骤和钙钛矿薄膜的生长工艺，控制晶体成核速度，增大钙钛矿晶体尺寸等来实现自修复，提升电池性能。

胡林华表示，下一步，课题组将围绕更长时间自修复和光照条件下的自修复等开展研究，相关研究将加快钙钛矿太阳电池实用化进程。