大连化物所开发双面连接器解决柔性大面积钙钛矿太阳能电池中的异质界面分层问题

　　近日，大连化学物理研究所太阳能研究部薄膜太阳能电池研究组(DNL1606组)杨栋研究员和刘生忠研究员团队，在运用双面连接器解决柔性大面积钙钛矿太阳能电池中异质界面分层问题的研究中取得新进展。
 

　　
       柔性钙钛矿太阳能电池(F-PSCs)因其在智能交通系统、建筑集成光伏(BIPV)、可穿戴电子产品等众多领域展现出的应用潜力，已成为学术界和工业界广泛关注的焦点。但目前，F-PSCs商业化进程却面临挑战，主要问题是钙钛矿层与柔性基板之间的粘附性不足，这直接导致器件在机械性能方面存在显著缺陷，进而严重阻碍了其大规模商业应用的步伐。
 

　　近年来，杨栋和刘生忠团队在柔性钙钛矿太阳能电池方面取得了一系列进展，包括开发柔性钙钛矿太阳能电池中的低温电子传输材料(Adv. Mater.，2016)、设计柔性钙钛矿太阳能电池中的添加剂(Adv. Mater.，2018)、发展柔性钙钛矿太阳能电池中的界面修饰方法(Nat. Commun.，2018；Adv. Mater.，2023)等；并多次发表了柔性钙钛矿太阳能电池相关的综述(Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Adv. Mater.，2024；Joule，2024)。
 

　　基于F-PSCs商业化发展的挑战，本工作提出了一种创新的双面连接策略，旨在解决钙钛矿层与柔性基板之间的粘附性不足问题。该策略通过优化异质界面分层、钙钛矿层埋底缺陷、SnO2层表面缺陷、钙钛矿层与SnO2层之间的物理接触强度等，改善其复杂的电学效应，从而提升了器件的整体性能。团队通过引入一种新型双面连接剂——苄基(三氟)硼酸钾(BnBF3K)，增强了SnO2/钙钛矿层界面的粘附性，解决了界面分层的难题；并通过第一性原理计算和多级实验表征验证了双面连接剂在提升器件性能方面的显著作用。实验结果表明，BnBF3K的独特化学性质能够有效促进分子间相互作用并实现稳定吸附，从而将钙钛矿层牢固地固定在SnO2传输层基底上，增强器件的机械连贯性。这种坚固的机械异质界面即使在柔性器件发生机械变形时，也能为电子接触、高效电荷提取、跨界面电子传输提供稳定可靠的保障。该性能优化策略不仅提升了柔性钙钛矿器件的机械稳定性，还有效减少了埋底界面处的缺陷，并优化了能级匹配。团队运用该双面连接器，在柔性大面积太阳能组件(12.8cm2)上实现了21.82%的效率(第三方独立认证效率为21.39%)。此外，柔性大面积组件展现出卓越的机械灵活性，在经过6000次弯曲循环老化测试后，仍能保持96.56%的初始效率，证明了该双面连接器在各种实际应用中的重要潜力。
 

　　该工作以“Restrictive Heterointerfacial Delamination in Flexible Perovskite Photovoltaics Using a Bifacial Linker”为题，于近日发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。该工作的共同第一作者是我所DNL1606组工程师朱学杰博士和联培硕士研究生李艺璇，其中理论计算工作由国家纳米科学中心李巧枝博士完成。上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、大连化物所-沈阳自动化所联合创新基金等项目的资助。(文/图 杨少安、朱学杰)