科学家研发自修复封装材料

近日，西安交通大学前沿科学技术研究院教授鲁广昊团队与合作者通过创新的分子设计，开发了一种烷氧基聚乙烯咪唑双（三氟甲磺酰基）酰亚胺动态离子基团的聚合物封装材料。该研究将“被动封装”升级为“主动修复”，为钙钛矿光伏技术的可靠性提供了关键解决方案。研究成果发表在《科学进展》上。

钙钛矿太阳能电池凭借其高光电转换效率与低制造成本，正成为下一代光伏技术商业化进程中的领跑者。然而，其固有的稳定性难题与潜在的铅泄漏风险，严重阻碍了大规模应用与可持续发展。

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现有封装材料多沿用传统硅电池技术，虽能提供基础保护，却普遍缺乏损伤自修复能力。一旦封装层在户外复杂环境中产生裂纹，其屏障功能将永久失效，导致水分与氧气侵入、性能加速衰减，并引发不可逆的铅污染风险。因此，亟需开发一种能够快速响应损伤、具备高效自修复能力与主动铅捕获功能的新型封装材料，这已成为推动钙钛矿光伏技术实现安全、可持续商业化所必须突破的关键瓶颈。

基于此，团队核心设计思路在于引入柔性烷氧基侧链以降低材料玻璃化转变温度，同时利用大体积、电荷高度离域的双（三氟甲磺酰基）酰亚胺阴离子与咪唑阳离子构建动态可逆的离子聚集体，形成独特的“软-硬”协同结构。该封装材料的自愈合能力源于其内部动态离子聚集体的热响应行为，即当材料受损受热时，聚集体内的静电作用减弱，离子发生解离并携带聚合物链段向裂纹界面迁移并重新结合，实现自主修复。

实验表明，该封装层在50℃下经过6分钟即可完全修复损伤裂纹，85℃下修复仅需50秒。基于该材料设计与愈合机制，封装层展现出优异的综合性能，它不仅具备高透明度、强附着力与优异的水氧阻隔性，更通过自愈合物理屏障与化学吸附的协同作用，在模拟暴雨等恶劣条件下对铅泄漏实现了超过99%的抑制效率。封装器件在加速老化测试中表现出长期稳定性，经过1500小时的湿热测试和300次热循环后，EP封装器件分别保持了其初始效率的95.17%和93.53%。