【儀表網 研發快訊】近日，合肥工業大學材料科學與工程學院童國慶教授、蔣陽教授團隊與安徽大學陳鵬鵬教授合作，在國際能源材料期刊《Advanced Energy Materials》上發表題為“Bilateral Anchoring Strategy Enables Highly Efficient Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells/Modules for Self-Powered Photo-Electrocatalytic Antibacterial System”的研究論文，創造性的構建了由寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池模組驅動的光電催化抗菌系統。材料學院博士生楊晶婷、劉學安為論文共同第一作者，本科生王保昌、陳子聰同學為主要參與人，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相結合，是實現高效可再生清潔能源利用的重要技術路徑。傳統硅基太陽能電池由于在室內或弱光環境下的光電轉換效率較低，限制了其在不同光照條件下的全天候應用。而寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池在標準太陽光和弱光條件下，均表現出優異的光電轉換效率。然而，由于寬帶隙鈣鈦礦在成膜過程中易發生鹵化物相偏析，并產生較高密度的空位缺陷。電子傳輸層中的空位缺陷也會引發鈣鈦礦/電子傳輸層之間的界面非輻射復合，阻礙了載流子的傳輸，導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一步提升。
為此，童國慶教授、蔣陽教授研究團隊提出了一種“雙側錨定”策略，創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合，從而實現界面缺陷的有效鈍化，并顯著抑制光誘導鹵素相偏析。實驗結果顯示，優化后的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池及模組在AM 1.5G標準光照條件下的光電轉換效率分別達到20.43%和15.03%；在室內弱光(1000 lux)條件下，其效率進一步提升至41.57%和29.46%，展現出優異的弱光性能。研究團隊以該鈣鈦礦電池模組作為驅動單元，結合WSe2@WO3異質結光陽極，成功構建了一種無需外加偏壓的自驅動光電催化抗菌系統。該系統不僅能夠實現光生載流子的高效分離與傳輸，還可產生大量對細菌有強氧化作用的活性氧基團，從而實現高效殺菌。在標準太陽光照射16分鐘及室內弱光照射65分鐘條件下，均可對大腸桿菌實現有效滅活，充分展現了該全天候自驅動殺菌技術的應用潛力。
上述工作得到了國家自然科學基金、安徽省重點研發計劃、安徽省自然科學基金、中央高校基本科研業務費以及合肥工業大學黃山學者優秀青年人才計劃等項目資助，同時也得到了合肥照陽光能科技有限公司、合肥工業大學分析測試中心電鏡平臺的支持。
近年來，童國慶教授、蔣陽教授研究團隊在金屬鹵化物鈣鈦礦半導體光電器件領域取得系列性進展，在Joule, Nature Communications, Advanced Materials, Advanced Energy Materials等期刊上發表數篇研究論文，產業化成果先后入選2025年世界制造業大會(政府館)以及安徽省創新館常態化展示。
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