【儀表網 研發快訊】柔性鈣鈦礦太陽能電池(f-PSCs)由于其在柔性光伏領域中的潛在應用而引起了廣泛關注。其優點包括固有的靈活性、良好的可加工性、輕量級結構、適用于大面積制備和高性能。目前，小面積f-PSCs已經取得了超過24%的認證光電轉換效率(PCE)，但由于鈣鈦礦與柔性掩埋襯底之間的接觸不良，鈣鈦礦在柔性襯底上的生長仍然是一個關鍵難題，嚴重影響了器件在室外條件下的效率、穩定性和延展性。
 

　　為解決這一問題，前期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通過薄膜形貌調控、新型二維鈣鈦礦材料設計和載流子傳輸層修飾(Joule 2024, 8, 1120; Adv. Mater. 2024, 36, 2401537; Adv. Mater. 2024, 36, 2400852; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202403610; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202316898; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2024, 36, 2309208; Energy Environ. Sci. 2023, 16, 5423; Adv. Mater. 2023, 35, 2302752; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e2022175; Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630)等手段，大幅提升剛性和柔性鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性。近日，針對柔性鈣鈦礦太陽能電池界面缺陷多和機械柔韌性差的問題，該團隊設計并合成了一種非對稱π擴展的自組裝單分子(SAM)(A-4PADCB)。作為倒置f-PSCs的埋底空穴傳輸界面，它在ITO上具有最佳的覆蓋，并增強了與鈣鈦礦的界面接觸。這種設計加速了空穴的提取，抑制了界面非輻射復合，降低了缺陷密度。其偏離中心的偶極子取向的不對稱結構有利于調節末端苯環與表面法線之間的傾斜角，從而促進上層鈣鈦礦層的生長。將A-4PADCB應用于f-PSCs，小面積柔性器件PCE高達25.05%，孔徑面積為20.84 cm2的柔性鈣鈦礦太陽能組件(f-PSM)的PCE為20.64%(認證為19.51%), 是目前公開報道的柔性鈣鈦礦太陽能電池的最高效率之一。此外，基于A-4PADCB的f-PSCs表現出良好的熱穩定性、光運行穩定性和彎曲穩定性。因此，本研究結果強調了掩埋基底大取向角的重要性，并為鈣鈦礦太陽能電池的界面改性提供了有效的分子調控策略。
 

　　相關成果以“Large Orientation Angle Buried Substrate Enables Efficient Flexible Perovskite Solar Cells and Modules”為題發表于Advanced Materials期刊上(https://doi.org/10.1002/adma.202407032)。寧波材料所博士生童欣雨為該論文的第一作者，寧波材料所葛子義研究員和謝莉莎博士后、暨南大學麥耀華教授和吳紹航副研究員為該論文的通訊作者。該研究得到國家杰出青年基金(21925506)、國家自然科學基金(U21A20331、81903743、22209192、62275251)、浙江省自然科學基金(LY24F040002)、浙江省尖兵領雁計劃(2024C01091)和中國博士后科學基金(2022M713242)的支持。(光電信息材料與器件實驗室  童欣雨)
 

　　圖1 (A) A-4PADCB、S-4PADCB和4PACZ的分子結構；(B) DFT計算得到的SAMs在ITO上錨定的模擬側視圖；(C) 不同界面或裸ITO上鈣鈦礦薄膜埋底界面的SEM圖像；(D) f-PSCs的最佳J-V曲線及器件結構圖；(E) 基于A-4PADC的冠軍f-PSC 的J-V曲線；(F) 基于A-4PADCB的孔徑面積為20.84 cm2的冠軍f-PSM 的J-V曲線。