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南昌大学陈义旺等人SA:2D/3D工程!25.88%!(柔性)21.77%!(25 cm2!)21.77%!(100 cm2!) ISO-L-1运行2000 h保持97.8%!

2026-04-16 05:16:06

文章介绍

柔性钙钛矿太阳能电池（PVSCs）因其轻质和柔韧性，在下一代光伏技术中展现出广阔前景。然而，异质A位掺杂引起的非均匀面外应变以及富PbI₂表面残留应力限制了其长期稳定性和机械强度。

基于此，南昌大学谈利承、陈义旺等人证明了优化的A位掺杂可降低缺陷密度和微观应变，从而改善组分均匀性。面外应变的高级可视化揭示了应变均质化的关键途径。此外，在富PbI₂表面原位形成的二维钙钛矿层可有效缓解残留应力，促进界面载流子传输，并增强钙钛矿薄膜的机械性能。因此，实现了刚性器件26.59%和柔性器件25.88%（认证效率25.55%）的创纪录光电转换效率。此外，大面积柔性模组分别获得了21.77%（25 cm²）和19.23%（100 cm²）的出色效率。未封装的柔性器件在2000小时运行追踪（ISOS-L-1）后仍保持97.8%的初始效率，同时在湿热、热循环和机械测试中表现出优异的耐久性。这项工作为柔性PVSCs的商业化推进奠定了关键基础。该论文近期以“Homogenizing out-of-plane strain distribution for high-performance flexible perovskite photovoltaics”为题发表在顶级期刊Science Advanced上。

图文信息

图1. 混合阳离子钙钛矿薄膜中的应变工程与缺陷抑制。

图2. 应力释放二维钙钛矿层的制备与表征。

图3.柔性钙钛矿太阳能电池的光伏性能与稳定性。

图4. 柔性钙钛矿太阳能电池的机械稳定性。

总之，作者等人系统研究了A位混合阳离子掺杂对晶格应变的调控作用，并开发了一种界面工程策略，协同增强柔性钙钛矿太阳能电池的机械强度和光电性能。通过合理的阳离子合金化，显著降低了缺陷密度，缓解了组分异质性引起的微观应变，从而实现了钙钛矿薄膜中均匀的应变分布。为解决不完全结晶导致的残留PbI₂积累问题，引入了一种二铵间隔剂，原位形成垂直排列的二维钙钛矿层。这种界面修饰不仅有效松弛了残留应力，还大幅改善了电荷传输和界面机械韧性。优化后的刚性和柔性钙钛矿太阳能电池分别实现了26.59%和25.88%（柔性器件认证效率25.55%）的创纪录光电转换效率，未封装器件在ISOS-L-1协议下连续最大功率点追踪2000小时后仍保持97.8%的初始效率。封装器件表现出卓越的长期耐久性，经过500次热循环（−40°C至85°C）后保持92.1%的初始效率，经过1000小时湿热老化（85°C/85%相对湿度）后保持89.9%的效率。值得注意的是，均匀应变调控与增强界面韧性的协同效应赋予了出色的机械稳定性，在极端机械应力下经过11000次弯折循环后效率保持率仍超过90%。这些发现强调了应变工程和界面应力释放策略在提升柔性钙钛矿光伏器件性能和耐久性方面的关键作用。作者等人提出的组分优化与界面设计双重策略提供了基础机理洞见，并为高效、机械韧性柔性钙钛矿光伏的实际应用奠定了坚实基础，为其在便携式电子、可穿戴系统等领域的广泛应用铺平了道路。

器件制备

器件结构：

PEN/ITO/PVK/EDOEA/Spiro-OMeTAD/Ag

1、洗干净的ITO玻璃，空气等离子体处理10 min，15% SnO₂水溶液(去离子水1:3稀释)，3000rpm 30s旋涂，150℃退火30 min；PEN/ITO基底120°C下退火30 min；紫外臭氧处理10 min；

2、1.5 M的PbI₂（DMF:DMSO=9:1(v/v)），1500rpm 30s旋涂，70℃退火1 min；FAI:MAI:MACl=90:6.9:9(m/m，溶于1 mL IPA)，掺杂Ace、GA或MDA阳离子（相对于PbI₂的摩尔比为1%、3%、5%或10%），2000rpm 30s旋涂，30-40%RH 150℃退火15 min；柔性期间100℃退火1 min，120℃退火15 min；