论文概览
柔性钙钛矿太阳能电池是未来可穿戴设备和便携电器的理想解决方案，但目前仍存在两大难题：效率不够高、容易弯折损坏。为解决这一问题，香港大学蔡植豪团队于《EES》刊发题为“Soft conjugation extension strategy of self-assembled molecules for achieving efficient and mechanically stable flexible perovskite solar cells”的研究，他们开发了一种新型的“软共轭延伸”技术，基于常用材料2PACz研制出PhT-2PACz的新型自组装分子(SAM)，PhT-2PACz借助其独特的软共轭结构能整齐致密地附着在ITO基板上，此外还能与钙钛矿活性层形成化学键合，提高薄膜结晶质量并赋予其更好的柔韧性，因此能在电池的各个关键界面形成更牢固的联结，改善电学接触并增强机械韧性。最终，基于PhT-2PACz的柔性电池实现了24.75%的光电转换效率(刚性电池可达26.02%)，并展现出优异的长期稳定性，持续运行1000小时以上仍保持80%以上性能，在经过4000次弯折测试(弯曲半径4mm)后，电池仍保持97%的初始性能。
亮点解析
基于软共轭拓展策略的SAM设计：
对比传统刚性共轭分子2PACz，软共轭拓展策略在2PACz骨架引入可旋转噻吩-苯基单元，形成PhT-2PACz。DSC分析(图1d,e)显示PhT-2PACz具有130℃玻璃化转变温度(2PACz无此特征)，证实分子构象可调性。
界面增强机制：
根据单晶结构分别分析了平行结构和T型结构的分子间作用力，平行结构下PhT-2PACz的π-π堆叠距离从2PACz的3.37Å缩短至3.14Å;T型结构下，C-H·π作用增强，从3.03Å降低至2.82Å。GIWAXS图案显示PhT-2PACz形成有序层(图2f)，而2PACz呈无序态(图2e);KPFM图片显示出PhT-2PACz表面更均匀的信号分布，证明分子在ITO表面形成均匀致密的覆盖;XPS及FTIR谱展现出PhT-2PACz与上层钙钛矿相间的强化学相互作用;开创性使用AFM探针覆盖SAM分子后测试与钙钛矿间粘附力，以评估粘附强度，PhT-2PACz展现出5倍于2PACz的粘附强度，证实2PACz与钙钛矿间的紧密接触。
钙钛矿结晶与应变调控：
XRD展示出钙钛矿相结晶度的提升，SCLC测界面缺陷密度降低40%;原位PL显示PhT-2PACz使钙钛矿成核时间从不到5秒延长至15秒，退火阶段二次晶粒生长从14秒延长至22秒，证明PhT-2PACz有效延长了钙钛矿结晶时间。GIXRD结果证明残余应力显著缓解(图3h,i);PhT-2PACz使钙钛矿杨氏模量降低，从而更易弯曲。
器件性能表现：
基于PhT-2PACz的柔性器件(图4a)实现VOC=1.174 V，JSC=24.89 mA·cm²，FF=84.65%，效率24.75%(认证24.47%)。EQE积分电流24.89 mA·cm²(图4c)，暗电流泄露(图4d)降低2个数量级。
稳定性提升：
4mm曲率半径多向弯曲测试(图5a)显示PhT-2PACz器件4000次循环后效率保持97%(对照组1400次降至50%)PhT-2PACz器件界面无分层(图5c)，钙钛矿层无贯穿裂纹(图5e);对比2PACz出现明显分层(图5b)及晶间断裂(图5d)。PhT-2PACz器件在持续光照1000小时后仍保持初始效率的81.6%。
结论展望
本研究提出了一种创新的软共轭延伸策略，通过设计自组装分子PhT-2PACz(在2PACz基础上引入单键连接的噻吩-苯柔性单元)，显著提升了柔性钙钛矿太阳能电池(f-PSCs)的性能：该策略利用分子构象灵活性优化了SAM分子间π-π堆叠结构，增强ITO基底自组装的有序性，并主动强化了界面相互作用，从而同步实现高效率和机械稳定性强化，为可穿戴光伏器件的商业化铺平道路。
原文链接：
https://doi.org/10.1039/D5EE03823E
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