南昌大学谈利承&陈义旺Sci. Adv.:面外应变均匀化用于高性能柔性钙钛矿光伏






柔性钙钛矿太阳能电池(PVSCs)因其轻质和柔韧性,成为下一代光伏技术的有力候选者。然而,由非均匀A位掺杂引起的面外应变不均匀性以及富PbI₂表面产生的残余应力,限制了其长期稳定性和机械鲁棒性。本文中,南昌大学谈利承和陈义旺等人证明优化A位掺杂可以降低缺陷密度和微应变,提高组分均匀性。面外应变的高级可视化揭示了应变均匀化的关键路径。此外,在富PbI₂表面原位形成的二维钙钛矿层有效释放了残余应力,促进了界面载流子传输,并增强了钙钛矿薄膜的机械性能。最终,我们在刚性和柔性PVSCs上分别实现了26.59%和25.88%(认证25.55%)的光电转换效率。此外,大面积柔性组件在25平方厘米和100平方厘米面积上分别获得了21.77%和19.23%的优异效率。未封装的柔性器件在2000小时最大功率点跟踪(ISOS-L-1)后仍保持初始效率的97.8%,同时在湿热、热循环和机械测试中表现出卓越的耐久性。这项工作为推进柔性PVSCs的商业化提供了关键基础。
面外应变均匀化策略:通过优化A位阳离子(引入MDA²⁺)掺杂,显著降低了缺陷密度和微应变,实现了钙钛矿薄膜中面外应变的均匀分布。PF-QNM纳米力学成像首次直观揭示了应变均匀化路径,杨氏模量梯度从2.34 GPa降至1.34 GPa。
原位二维应力释放层:利用含氧二铵盐(EDOEA)与表面残余PbI₂原位反应,形成垂直取向的二维钙钛矿覆盖层,有效释放残余拉伸应力(转变为均匀压缩应变),同时增强界面载流子传输和机械韧性,使界面断裂能大幅提升。
创纪录效率与超长稳定性:柔性器件实现25.88%(认证25.55%)的效率,25 cm²组件效率达21.77%,100 cm²组件达19.23%。未封装器件在2000小时MPP跟踪后保持97.8%初始效率;在-40°C至85°C热循环500次后保持92.1%;在11,000次极端弯曲(半径4 mm)后仍保持90%以上效率,均为目前报道的最高水平之一。
Yang Zhong et al. ,Homogenizing out-of-plane strain distribution for high-performance flexible perovskite photovoltaics.Sci. Adv.12,eaec3238(2026).
DOI:10.1126/sciadv.aec3238
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec3238
学术交流QQ群
知光谷光伏器件学术QQ群:641345719
钙钛矿产教融合交流@知光谷(微信群):需添加编辑微信
为加强科研合作,我们为海内外科研人员专门开通了钙钛矿科创合作专业科研交流微信群。加微信群方式:添加编辑微信pvalley2024,备注:姓名-单位-研究方向(无备注请恕不通过),由编辑审核后邀请入群。