宁波材料所在高效稳定柔性钙钛矿太阳能电池及其扩展制备方面取得进展

　　光伏技术是应对能源危机和气候变化、实现“双碳目标”的重要解决方案，其中，柔性钙钛矿太阳能电池(F-PSCs)因其相比于传统的晶硅太阳能电池具有高功质比、可低温/溶液加工、超薄轻柔等突出优势，在可穿戴/便携式设备移动电源、建筑光伏一体化、航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而，钙钛矿在柔性衬底上的成膜结晶质量差、机械稳定性和运行稳定性亟需改良、大面积扩展制备可靠性有待提高，这些问题对F-PSCs的真正商业化提出了重要挑战。
 

　　针对上述关键科学问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所有机光电材料与器件团队在葛子义研究员的带领下，前期在薄膜结晶形貌及应力调控、新型空穴传输层材料设计、自修复F-PSCs等方面进行了深入研究(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，基于原位交联策略在改善柔性钙钛矿的成膜与稳定性方面的突出表现，针对已有原位交联策略需高温、引发剂引发且功能性不足的矛盾，团队设计了一种功能性可交联单体(FTA)。FTA的聚合反应是一条低温且无需引发剂的路线，其原位交联反应可辅助柔性衬底上钙钛矿的结晶，有助于得到高质量、结晶性好的柔性钙钛矿薄膜。观察到交联后的单体[CL(FTA)]沿着晶界分布，可同时实现化学钝化和晶界调控，将分散的晶粒紧密连接起来，从而有效抑制非辐射复合损失并释放薄膜内部残余应力、改善薄膜的本征脆性。基于此，优化后的F-PSCs光电转换效率达到了24.64%(经认证为24.08%)，是当前反式结构F-PSCs的最高值，并表现出杰出的运行稳定性和机械耐久性，在最大功率点连续追踪1000小时和弯折循环10000次后，仍能保持初始效率的90%以上。值得一提的是，该策略还表现出良好的扩展制备可靠性，所制备的10.24cm2柔性模组实现了17.13%的优异效率，推动了F-PSCs的商业化进程。
 

　　相关成果“Chemical passivation and grain-boundary manipulation via in situ cross-linking strategy for scalable flexible perovskite solar cells”为题发表在Science Advances上(DOI: 10.1126/sciadv.adr2290)。宁波材料所硕士生张维福、刘健为该论文的共同第一作者，宁波材料所宋伟博士后、杨孟锦研究员、葛子义研究员为本文通讯作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金(21925506)、国家自然科学基金(22309196、22279152、62275251)、中国博士后科学基金(2023M743625)、宁波市“甬江引才工程”创新团队项目(2023D-002-02)的支持。
 

　　图1 (a)原位交联策略辅助柔性衬底上的结晶和晶界操控示意图; (b)可扩展性展示