光伏技術是應對能源危機和氣候變化、實現(xiàn)“雙碳目標”的重要解決方案，其中，柔性鈣鈦礦太陽能電池(F-PSCs)因其相比于傳統(tǒng)的晶硅太陽能電池具有高功質(zhì)比、可低溫/溶液加工、超薄輕柔等突出優(yōu)勢，在可穿戴/便攜式設備移動電源、建筑光伏一體化、航空航天等領域具有廣泛的應用前景。然而，鈣鈦礦在柔性襯底上的成膜結晶質(zhì)量差、機械穩(wěn)定性和運行穩(wěn)定性亟需改良、大面積擴展制備可靠性有待提高，這些問題對F-PSCs的真正商業(yè)化提出了重要挑戰(zhàn)。
 

　　針對上述關鍵科學問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所有機光電材料與器件團隊在葛子義研究員的帶領下，前期在薄膜結晶形貌及應力調(diào)控、新型空穴傳輸層材料設計、自修復F-PSCs等方面進行了深入研究(Joule. 2024, 8(4):1120-1141; Adv. Mater. 2024, 36(38):2407032; Adv. Mater. 2024, 2311473; Energy Environ. Sci. 2023, 16(11):5423-5433)。近日，基于原位交聯(lián)策略在改善柔性鈣鈦礦的成膜與穩(wěn)定性方面的突出表現(xiàn)，針對已有原位交聯(lián)策略需高溫、引發(fā)劑引發(fā)且功能性不足的矛盾，團隊設計了一種功能性可交聯(lián)單體(FTA)。FTA的聚合反應是一條低溫且無需引發(fā)劑的路線，其原位交聯(lián)反應可輔助柔性襯底上鈣鈦礦的結晶，有助于得到高質(zhì)量、結晶性好的柔性鈣鈦礦薄膜。觀察到交聯(lián)后的單體[CL(FTA)]沿著晶界分布，可同時實現(xiàn)化學鈍化和晶界調(diào)控，將分散的晶粒緊密連接起來，從而有效抑制非輻射復合損失并釋放薄膜內(nèi)部殘余應力、改善薄膜的本征脆性?；诖?，優(yōu)化后的F-PSCs光電轉換效率達到了24.64%(經(jīng)認證為24.08%)，是當前反式結構F-PSCs的最高值，并表現(xiàn)出杰出的運行穩(wěn)定性和機械耐久性，在最大功率點連續(xù)追蹤1000小時和彎折循環(huán)10000次后，仍能保持初始效率的90%以上。值得一提的是，該策略還表現(xiàn)出良好的擴展制備可靠性，所制備的10.24cm2柔性模組實現(xiàn)了17.13%的優(yōu)異效率，推動了F-PSCs的商業(yè)化進程。
 

　　相關成果“Chemical passivation and grain-boundary manipulation via in situ cross-linking strategy for scalable flexible perovskite solar cells”為題發(fā)表在Science Advances上(DOI: 10.1126/sciadv.adr2290)。寧波材料所碩士生張維福、劉健為該論文的共同第一作者，寧波材料所宋偉博士后、楊孟錦研究員、葛子義研究員為本文通訊作者。該研究得到了國家杰出青年科學基金(21925506)、國家自然科學基金(22309196、22279152、62275251)、中國博士后科學基金(2023M743625)、寧波市“甬江引才工程”創(chuàng)新團隊項目(2023D-002-02)的支持。
 

　　圖1 (a)原位交聯(lián)策略輔助柔性襯底上的結晶和晶界操控示意圖; (b)可擴展性展示