双侧锚定破局钙钛矿效率瓶颈 合工大研发全天候自驱动光电催化抗菌系统

作为下一代光伏技术的核心方向，金属卤化物钙钛矿太阳能电池的产业化进程正受困于界面缺陷与相偏析等关键技术瓶颈。近日，合肥工业大学材料科学与工程学院童国庆、蒋阳教授团队联合安徽大学陈鹏鹏教授课题组，在国际能源材料领域顶刊《Advanced Energy Materials》发表重磅成果，创新性提出 “双侧锚定” 界面调控策略，成功攻克宽带隙钙钛矿电池的效率与稳定性难题，并构建出可全天候运行的自驱动光电催化抗菌系统，为钙钛矿技术在环境治理、公共卫生等领域的跨场景应用开辟新路径。

将太阳能光伏与光电催化耦合，是实现可再生能源高效利用、拓展光伏应用边界的核心技术路线。相较于传统硅基电池在弱光、室内环境下效率骤降的短板，宽带隙钙钛矿太阳能电池凭借光谱响应特性优势，理论上可在标准太阳光与弱光条件下保持高光电转换效率，成为室内能源、便携设备、催化驱动等场景的理想选择。

然而，宽带隙钙钛矿材料在成膜过程中极易产生卤化物相偏析与高密度空位缺陷，同时 SnO₂电子传输层与钙钛矿光吸收层间的界面非辐射复合问题突出，直接导致载流子传输受阻、开路电压损失，成为制约电池效率突破与模组化放大的核心痛点。业内测试数据显示，未优化的宽带隙钙钛矿器件界面缺陷态密度可达 10¹⁶ cm⁻³，非辐射复合损耗占光电转换损失的 60% 以上，弱光下效率衰减更为显著，严重限制其在全天候、多场景下的应用落地。

针对行业共性难题，合工大团队首创 “双侧锚定” 界面工程策略，引入多功能添加剂 3 - 氟 - L - 苯丙氨酸（3-FLPA）作为 SnO₂电子传输层与钙钛矿层间的 “分子桥”，实现界面缺陷的精准钝化与相偏析的有效抑制。

核心技术机理：3-FLPA 分子结构中的羧基（-COOH）可与 SnO₂表面未配位的 Sn 原子形成强配位键，牢牢锚定电子传输层表面，填补氧空位缺陷；分子另一端的氨基与含氟取代基则与钙钛矿薄膜中的铅离子、卤离子形成氢键与范德华力作用，同步钝化钙钛矿表层与晶界缺陷。这种双端协同作用，不仅构建起连续、高效的载流子传输通道，更能显著抑制光诱导下的卤化物离子迁移，从根源解决相偏析难题。

关键性能突破：经该策略优化的小面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，在 AM 1.5G 标准太阳光下光电转换效率达20.43%；10 cm×10 cm 模组效率达15.03%。在 1000 lux 室内弱光环境下，电池与模组效率分别攀升至41.57%与29.46%，弱光响应性能远超传统硅基与常规钙钛矿器件，处于国际领先水平。借助 IV 测试、PL 光谱、EIS 阻抗等精密表征设备验证，优化后器件界面非辐射复合损耗降低 72%，载流子寿命延长至 3.2 μs，界面接触电阻下降 68%，验证了 “双侧锚定” 策略的科学性与有效性。

依托高性能宽带隙钙钛矿模组，研究团队进一步集成 WSe₂@WO₃异质结光阳极，成功构建无需外加偏压的全天候自驱动光电催化抗菌系统。该系统以钙钛矿模组作为稳定电源，在标准光与弱光下均可高效输出电压与电流，驱动光阳极产生大量强氧化性活性氧基团（・OH、O₂⁻・），实现对致病菌的高效灭活。

实测应用效果：在标准太阳光照射 16 分钟、室内弱光（1000 lux）照射 65 分钟条件下，系统对大肠杆菌的灭活率均达 99.99%，展现出优异的全天候杀菌能力。相较于传统紫外杀菌、化学消毒等方式，该技术具备无二次污染、低能耗、可户外 / 室内双模式运行等优势，在公共空间消毒、水处理、医疗防疫、农业养殖等领域具备广阔产业化前景。

本研究得到国家自然科学基金、安徽省重点研发计划等多项国 家级、省部级项目资助，并获合肥照阳光能科技有限公司、合肥工业大学分析测试中心电镜平台的技术支持，实现 “基础研究 — 器件优化 — 系统集成 — 应用验证” 的全链条突破。