我校郝玉英教授团队在《AEM》发表最新研究成果

近日，我校电子信息与光学工程学院有机光电子材料与器件团队在钙钛矿太阳能电池领域取得重要研究进展，研究成果以“Revealing the Role of Polyacrylonitrile for Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells at Extremely Low Temperatures”为题在国际顶级学术期刊《Advanced Energy Materials》 (一区TOP期刊，影响因子：27.8)上发表。该论文的第一署名单位为太原理工大学，硕士研究生杨志婷为论文第一作者，团队青年教师吴宇坤讲师和郝玉英教授为论文共同通讯作者。

图1.论文页面截图

钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其具有高功率重量比、优异的抗辐射性能、与柔性基底的兼容性等优点在临近空间中展现出巨大的应用潜力，然而PSCs面临着低温循环稳定的挑战。

图2. PAN添加剂策略在低温下实现高效稳定钙钛矿太阳能电池的作用机制

针对上述问题，郝玉英教授团队深入研究了PSCs在极低温下的光伏过程，选取了聚合物材料聚丙烯氰（PAN）优化钙钛矿光活性层，并揭示了PAN作为添加剂的作用机理。研究发现，添加剂PAN在低温下有效调节了钙钛矿晶格应力、稳定了钙钛矿晶格结构，从而延缓了低温下钙钛矿结构的相变温度。此外，PAN还提高了钙钛矿的介电性能和离子迁移活化能，有效钝化了低温下钙钛矿缺陷，通过增强介电屏蔽效应和减轻激子效应，有效提高了低温下载流子的解离、传输、提取和收集能力。得益于PAN的这些积极作用，PAN修饰器件在150 K的温度下实现了 24.34% 的最大光电转换效率（PCE），并且在120次热循环（290-130K）后仍保持了其归一化初始PCE的 72%。此外，PAN修饰的柔性器件表现出优异的弯折稳定性和热循环稳定性。这项工作不仅揭示了PSCs的光伏性能随温度的演化及内在机制，而且为实现PSCs的低温应用提供了可行的方法。

图3. PAN对钙钛矿薄膜/电池稳定性的影响

该研究得到国家自然科学基金委员会联合基金重点支持项目、国家自然科学基金面上项目、山西浙大新材料与化学工程研究院技术开发项目、山西省科技重大专项（揭榜招标项目）、山西省重点研发计划项目、山西省基础研究计划项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202400638