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(zhì)界面分層問題

　　近日，大連化學(xué)物理研究所太陽能研究部薄膜太陽能電池研究組(DNL1606組)楊棟研究員和劉生忠研究員團(tuán)隊(duì)，在運(yùn)用雙面連接器解決柔性大面積鈣鈦礦太陽能電池中異質(zhì)界面分層問題的研究中取得新進(jìn)展。
 

　　
       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(lǐng)域展現(xiàn)出的應(yīng)用潛力，已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。但目前，F(xiàn)-PSCs商業(yè)化進(jìn)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(dǎo)致器件在機(jī)械性能方面存在顯著缺陷，進(jìn)而嚴(yán)重阻礙了其大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的步伐。
 

　　近年來，楊棟和劉生忠團(tuán)隊(duì)在柔性鈣鈦礦太陽能電池方面取得了一系列進(jìn)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(shè)計(jì)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(guān)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(zhì)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(qiáng)度等，改善其復(fù)雜的電學(xué)效應(yīng)，從而提升了器件的整體性能。團(tuán)隊(duì)通過引入一種新型雙面連接劑——芐基(三氟)硼酸鉀(BnBF3K)，增強(qiáng)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(jì)算和多級(jí)實(shí)驗(yàn)表征驗(yàn)證了雙面連接劑在提升器件性能方面的顯著作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BnBF3K的獨(dú)特化學(xué)性質(zhì)能夠有效促進(jìn)分子間相互作用并實(shí)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(qiáng)器件的機(jī)械連貫性。這種堅(jiān)固的機(jī)械異質(zhì)界面即使在柔性器件發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，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(jī)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(jí)匹配。團(tuán)隊(duì)運(yùn)用該雙面連接器，在柔性大面積太陽能組件(12.8cm2)上實(shí)現(xiàn)了21.82%的效率(第三方獨(dú)立認(rèn)證效率為21.39%)。此外，柔性大面積組件展現(xiàn)出卓越的機(jī)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(shí)際應(yīng)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(jìn)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(xué)杰博士和聯(lián)培碩士研究生李藝璇，其中理論計(jì)算工作由國家納米科學(xué)中心李巧枝博士完成。上述工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、大連化物所-沈陽自動(dòng)化所聯(lián)合創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 楊少安、朱學(xué)杰)