【仪表网 研发快讯】柔性钙钛矿太阳能电池(f-PSCs)由于其在柔性光伏领域中的潜在应用而引起了广泛关注。其优点包括固有的灵活性、良好的可加工性、轻量级结构、适用于大面积制备和高性能。目前，小面积f-PSCs已经取得了超过24%的认证光电转换效率(PCE)，但由于钙钛矿与柔性掩埋衬底之间的接触不良，钙钛矿在柔性衬底上的生长仍然是一个关键难题，严重影响了器件在室外条件下的效率、稳定性和延展性。
为解决这一问题，前期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通过薄膜形貌调控、新型二维钙钛矿材料设计和载流子传输层修饰(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，大幅提升刚性和柔性钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。近日，针对柔性钙钛矿太阳能电池界面缺陷多和机械柔韧性差的问题，该团队设计并合成了一种非对称π扩展的自组装单分子(SAM)(A-4PADCB)。作为倒置f-PSCs的埋底空穴传输界面，它在ITO上具有最佳的覆盖，并增强了与钙钛矿的界面接触。这种设计加速了空穴的提取，抑制了界面非辐射复合，降低了缺陷密度。其偏离中心的偶极子取向的不对称结构有利于调节末端苯环与表面法线之间的倾斜角，从而促进上层钙钛矿层的生长。将A-4PADCB应用于f-PSCs，小面积柔性器件PCE高达25.05%，孔径面积为20.84 cm2的柔性钙钛矿太阳能组件(f-PSM)的PCE为20.64%(认证为19.51%), 是目前公开报道的柔性钙钛矿太阳能电池的最高效率之一。此外，基于A-4PADCB的f-PSCs表现出良好的热稳定性、光运行稳定性和弯曲稳定性。因此，本研究结果强调了掩埋基底大取向角的重要性，并为钙钛矿太阳能电池的界面改性提供了有效的分子调控策略。
相关成果以“Large Orientation Angle Buried Substrate Enables Efficient Flexible Perovskite Solar Cells and Modules”为题发表于Advanced Materials期刊上(https://doi.org/10.1002/adma.202407032)。宁波材料所博士生童欣雨为该论文的第一作者，宁波材料所葛子义研究员和谢莉莎博士后、暨南大学麦耀华教授和吴绍航副研究员为该论文的通讯作者。该研究得到国家杰出青年基金(21925506)、国家自然科学基金(U21A20331、81903743、22209192、62275251)、浙江省自然科学基金(LY24F040002)、浙江省尖兵领雁计划(2024C01091)和中国博士后科学基金(2022M713242)的支持。(光电信息材料与器件实验室 童欣雨)
图1 (A) A-4PADCB、S-4PADCB和4PACZ的分子结构；(B) DFT计算得到的SAMs在ITO上锚定的模拟侧视图；(C) 不同界面或裸ITO上钙钛矿薄膜埋底界面的SEM图像；(D) f-PSCs的最佳J-V曲线及器件结构图；(E) 基于A-4PADC的冠军f-PSC 的J-V曲线；(F) 基于A-4PADCB的孔径面积为20.84 cm2的冠军f-PSM 的J-V曲线。
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