太原理工郝玉英Adv. Sci.：苯甲酸交聯(lián)劑原位聚合調(diào)控，高效穩(wěn)健柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池誕生

主要內(nèi)容

近年來(lái)，在柔性基底上實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦的可控生長(zhǎng)，對(duì)于制備高效且穩(wěn)定的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（FPSCs）具有至關(guān)重要的意義，已成為能源材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。太原理工大學(xué)郝玉英教授、陳曦教授和陳智輝教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，在這一前沿領(lǐng)域開(kāi)展了深入且富有成效的研究。他們從分子層面出發(fā)，成功開(kāi)發(fā)出一種利用4 - 羥基苯甲酸（4 - HBA）調(diào)控鈣鈦礦結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的新型策略。

01

4 - HBA交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：鈣鈦礦生長(zhǎng)的精密“調(diào)控師”

4 - HBA所形成的原位交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，猶如一套精密的“調(diào)控系統(tǒng)”，能夠精準(zhǔn)控制鈣鈦礦的過(guò)度成核現(xiàn)象，并有效延長(zhǎng)結(jié)晶過(guò)程，為高質(zhì)量鈣鈦礦的生長(zhǎng)搭建了理想的模板。在此過(guò)程中，鈣鈦礦薄膜發(fā)生了多方面的積極變化。

首先，晶界缺陷大幅減少，這使得載流子在薄膜中的傳輸更加順暢，減少了因缺陷導(dǎo)致的能量損失。其次，殘余應(yīng)力顯著降低，有效避免了因應(yīng)力集中而導(dǎo)致的薄膜開(kāi)裂等問(wèn)題，提高了薄膜的穩(wěn)定性。同時(shí)，楊氏模量也明顯下降，具體表現(xiàn)為相較于原始鈣鈦礦薄膜降低了62.3%，這為柔性器件的制備提供了更有利的條件。

從微觀機(jī)制來(lái)看，自由羥基與羧基/鹵素之間形成的動(dòng)態(tài)氫鍵，賦予了鈣鈦礦薄膜優(yōu)異的自修復(fù)性能。當(dāng)薄膜受到外界應(yīng)力或損傷時(shí)，這些動(dòng)態(tài)氫鍵可以發(fā)生可逆的斷裂和重新形成，從而使薄膜在受損后能夠更好地恢復(fù)結(jié)構(gòu)完整性，保持其光電性能的穩(wěn)定。此外，4 - HBA苯環(huán)與未配位Pb2?之間的靜電相互作用，以及4 - HBA獨(dú)特的π - π堆積作用，有效提升了鈣鈦礦薄膜的導(dǎo)電性。這種導(dǎo)電性的提升使得電荷在薄膜中的傳輸更加高效，為高效光電轉(zhuǎn)換提供了有力支撐。

02

性能**：4 - HBA改性電池的多維度優(yōu)勢(shì)

基于上述創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)制備的剛性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）和FPSCs展現(xiàn)出了**的性能。其**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）分別高達(dá)24.76%和22.73%，這一成果在同類(lèi)研究中處于領(lǐng)先水平，彰顯了4 - HBA策略在提升電池效率方面的顯著效果。

進(jìn)一步地，在機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)試方面，F(xiàn)PSCs表現(xiàn)優(yōu)異。在半徑為5毫米的條件下進(jìn)行10000次彎曲循環(huán)后，仍能保持初始效率的91%；即便在半徑為2毫米的更為嚴(yán)苛的條件下彎曲4000次，并經(jīng)60℃加熱處理后，其光電轉(zhuǎn)換效率也可恢復(fù)至原始值的89%。這充分證明了4 - HBA改性能夠有效提升FPSCs的機(jī)械耐受性，使其在實(shí)際應(yīng)用中能夠更好地應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的機(jī)械形變。

不僅如此，在穩(wěn)定性測(cè)試中，未封裝的FPSCs同樣表現(xiàn)出色。在AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)光照下暴露1000小時(shí)后，仍能保持原始光電轉(zhuǎn)換效率的83%；在相對(duì)濕度為20% - 30%、溫度為25 - 30℃的空氣環(huán)境中放置1600小時(shí)后，仍能保持原始效率的82%；在AM1.5連續(xù)光照下照射1000小時(shí)后，仍能保持原始效率的83%。這些數(shù)據(jù)表明，4 - HBA改性顯著提高了FPSCs的環(huán)境穩(wěn)定性和光照穩(wěn)定性，使其能夠在不同的環(huán)境條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，為實(shí)際應(yīng)用提供了可靠保障。

03

意義深遠(yuǎn)：推動(dòng)柔性鈣鈦礦電池發(fā)展與應(yīng)用

綜上所述，郝玉英教授、陳曦教授和陳智輝教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了一種基于4 - 羥基苯甲酸（4 - HBA）交聯(lián)劑的強(qiáng)化與自修復(fù)策略，成功實(shí)現(xiàn)了高效且穩(wěn)健的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（FPSCs）的制備。

這一研究成果不僅在提升電池效率、機(jī)械穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性等方面取得了顯著突破，為柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路和有效策略；同時(shí)，也為推動(dòng)該技術(shù)在實(shí)際能源領(lǐng)域的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有望在分布式能源、可穿戴設(shè)備、便攜式電源等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為解決全球能源問(wèn)題做出重要貢獻(xiàn)。

文獻(xiàn)信息In Situ Polymerization Controlled Growth of Perovskite via Benzoic Acid Crosslinking Agent for Highly Efficient and Mechanically Robust Flexible Perovskite Solar Cell

Yankun Yang, Na Yang, Chenxi Zhang, Shiqi Li, Yang Hao, Qinjun Sun, Zhihui Chen, Shengzhong (Frank) Liu, Fei Guo, Jianfeng Lu, Yuying Hao

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202508253

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