大連化物所開發(fā)雙面連接器解決柔性大面積鈣鈦礦太陽能電池中的異質界面分層問題

 

　　
       柔性鈣鈦礦太陽能電池(F-PSCs)因其在智能交通系統(tǒng)、建筑集成光伏(BIPV)、可穿戴電子產(chǎn)品等眾多領域展現(xiàn)出的應用潛力，已成為學術界和工業(yè)界廣泛關注的焦點。但目前，F(xiàn)-PSCs商業(yè)化進程卻面臨挑戰(zhàn)，主要問題是鈣鈦礦層與柔性基板之間的粘附性不足，這直接導致器件在機械性能方面存在顯著缺陷，進而嚴重阻礙了其大規(guī)模商業(yè)應用的步伐。
 

　　近年來，楊棟和劉生忠團隊在柔性鈣鈦礦太陽能電池方面取得了一系列進展，包括開發(fā)柔性鈣鈦礦太陽能電池中的低溫電子傳輸材料(Adv. Mater.，2016)、設計柔性鈣鈦礦太陽能電池中的添加劑(Adv. Mater.，2018)、發(fā)展柔性鈣鈦礦太陽能電池中的界面修飾方法(Nat. Commun.，2018；Adv. Mater.，2023)等；并多次發(fā)表了柔性鈣鈦礦太陽能電池相關的綜述(Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Adv. Mater.，2024；Joule，2024)。
 

　　基于F-PSCs商業(yè)化發(fā)展的挑戰(zhàn)，本工作提出了一種創(chuàng)新的雙面連接策略，旨在解決鈣鈦礦層與柔性基板之間的粘附性不足問題。該策略通過優(yōu)化異質界面分層、鈣鈦礦層埋底缺陷、SnO2層表面缺陷、鈣鈦礦層與SnO2層之間的物理接觸強度等，改善其復雜的電學效應，從而提升了器件的整體性能。團隊通過引入一種新型雙面連接劑——芐基(三氟)硼酸鉀(BnBF3K)，增強了SnO2/鈣鈦礦層界面的粘附性，解決了界面分層的難題；并通過第一性原理計算和多級實驗表征驗證了雙面連接劑在提升器件性能方面的顯著作用。實驗結果表明，BnBF3K的獨特化學性質能夠有效促進分子間相互作用并實現(xiàn)穩(wěn)定吸附，從而將鈣鈦礦層牢固地固定在SnO2傳輸層基底上，增強器件的機械連貫性。這種堅固的機械異質界面即使在柔性器件發(fā)生機械變形時，也能為電子接觸、高效電荷提取、跨界面電子傳輸提供穩(wěn)定可靠的保障。該性能優(yōu)化策略不僅提升了柔性鈣鈦礦器件的機械穩(wěn)定性，還有效減少了埋底界面處的缺陷，并優(yōu)化了能級匹配。團隊運用該雙面連接器，在柔性大面積太陽能組件(12.8cm2)上實現(xiàn)了21.82%的效率(第三方獨立認證效率為21.39%)。此外，柔性大面積組件展現(xiàn)出卓越的機械靈活性，在經(jīng)過6000次彎曲循環(huán)老化測試后，仍能保持96.56%的初始效率，證明了該雙面連接器在各種實際應用中的重要潛力。
 

　　該工作以“Restrictive Heterointerfacial Delamination in Flexible Perovskite Photovoltaics Using a Bifacial Linker”為題，于近日發(fā)表在《先進材料》(Advanced Materials)上。該工作的共同第一作者是我所DNL1606組工程師朱學杰博士和聯(lián)培碩士研究生李藝璇，其中理論計算工作由國家納米科學中心李巧枝博士完成。上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、大連化物所-沈陽自動化所聯(lián)合創(chuàng)新基金等項目的資助。(文/圖 楊少安、朱學杰)