近日，我校材料科学与工程学院童国庆教授、蒋阳教授团队与安徽大学陈鹏鹏教授合作，在国际能源材料期刊《Advanced Energy Materials》上发表题为“Bilateral Anchoring Strategy Enables Highly Efficient Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells/Modules for Self-Powered Photo-Electrocatalytic Antibacterial System”的研究论文，创造性的构建了由宽带隙钙钛矿太阳能电池模组驱动的光电催化抗菌系统。材料学院博士生杨晶婷、刘学安为论文共同第一作者，本科生王保昌、陈子聪同学为主要参与人，童国庆教授、蒋阳教授、陈鹏鹏教授为共同通讯作者。
将太阳能光伏与光电催化系统相结合，是实现高效可再生清洁能源利用的重要技术路径。传统硅基太阳能电池由于在室内或弱光环境下的光电转换效率较低，限制了其在不同光照条件下的全天候应用。而宽带隙钙钛矿太阳能电池在标准太阳光和弱光条件下，均表现出优异的光电转换效率。然而，由于宽带隙钙钛矿在成膜过程中易发生卤化物相偏析，并产生较高密度的空位缺陷。电子传输层中的空位缺陷也会引发钙钛矿/电子传输层之间的界面非辐射复合，阻碍了载流子的传输，导致器件开路电压损失，从而制约着宽带隙钙钛矿太阳能电池效率的进一步提升。
为此，童国庆教授、蒋阳教授研究团队提出了一种“双侧锚定”策略，创新性地引入多功能添加剂3-氟-L-苯丙氨酸（3-FLPA）作为SnO2电子传输层与钙钛矿光吸收层之间的“分子桥”。研究表明，3-FLPA中的羧基（-COOH）可与SnO2表面未配位的Sn原子形成有效锚定，而其氨基和含氟取代基则与钙钛矿薄膜结合，从而实现界面缺陷的有效钝化，并显著抑制光诱导卤素相偏析。实验结果显示，优化后的宽带隙钙钛矿太阳能电池及模组在AM 1.5G标准光照条件下的光电转换效率分别达到20.43%和15.03%；在室内弱光（1000 lux）条件下，其效率进一步提升至41.57%和29.46%，展现出优异的弱光性能。研究团队以该钙钛矿电池模组作为驱动单元，结合WSe2@WO3异质结光阳极，成功构建了一种无需外加偏压的自驱动光电催化抗菌系统。该系统不仅能够实现光生载流子的高效分离与传输，还可产生大量对细菌有强氧化作用的活性氧基团，从而实现高效杀菌。在标准太阳光照射16分钟及室内弱光照射65分钟条件下，均可对大肠杆菌实现有效灭活，充分展现了该全天候自驱动杀菌技术的应用潜力。
图1.宽带隙钙钛矿太阳能组件驱动的光电催化抗菌系统示意图
图2.宽带隙钙钛矿太阳能电池及模组的光电性能表征
图3.钙钛矿太阳能电池模组驱动的光电催化系统在不同照射条件下的抗菌效果
上述工作得到了国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、安徽省自然科学基金、中央高校基本科研业务费以及合肥工业大学黄山学者优秀青年人才计划等项目资助，同时也得到了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支持。
近年来，童国庆教授、蒋阳教授研究团队在金属卤化物钙钛矿半导体光电器件领域取得系列性进展，在Joule, Nature Communications, Advanced Materials, Advanced Energy Materials等期刊上发表数篇研究论文，产业化成果先后入选2025年世界制造业大会（政府馆）以及安徽省创新馆常态化展示。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.70897
（童国庆/文 杨晶婷/图 罗来马/审核）
责任编辑：程婷婷
