AM柔性分子FBI-PyAI:让钙钛矿电池“扛得住”50 次热循环

来源:知光谷发布时间:2025-10-13 11:35:15

热不稳定性是钙钛矿太阳能电池商业化进程中的主要障碍,其根源在于钙钛矿层与传输层之间埋入界面处的热机械失配,导致界面应变、深层缺陷、离子迁移和相分离等问题。

本文福建师范大学卫东、陈桂林、罗志灵、王漾、西北工业大学黄维和北京交通大学宋丹丹等人提出一种热机械应力调控策略,通过合理设计分子界面,合成了一种新型分子 FBI-PyAI,其在 TiO₂/钙钛矿界面形成一种独特的“分子桥”结构。该柔性界面具有极低的模量,将界面应力能从 0.554 eV 显著降低至 0.178 eV,从而抑制缺陷形成与相分离。同时,FBI-PyAI 中的官能团可钝化缺陷并诱导钙钛矿垂直取向结晶,形成致密、均匀的薄膜。优化后的器件在 50 次热循环(-15°C 至 65°C)后仍保持初始效率的 88%,光电转换效率达 25.01%,并在持续光照 800 小时后保持 95% 的效率。

本研究为界面应力调控提供了机理认识,对实现热稳定钙钛矿电池具有重要意义。

文章亮点:

  1. 提出“仿伪拱桥”分子桥接策略:设计并合成了柔性分子 FBI-PyAI,可在 TiO₂/钙钛矿界面形成双端锚定的“分子桥”,有效缓冲热应力,将界面应力能降低超过 68%。
  2. 实现多重界面优化:不仅显著缓解热机械应力,还同步实现缺陷钝化、垂直结晶诱导、抑制相分离与离子迁移,全面提升薄膜质量与界面稳定性。
  3. 器件性能与稳定性双突破:优化后的器件效率达 25.01%,并在热循环与持续光照下分别保持 88% 与 95% 的初始效率,展现出优异的实际应用潜力。

J. Gao, J. Wu, D. Wei, et al. “ Pseudo-Arch Bridge-Inspired Stress Modulation at Buried Interface for Stable High-Efficiency Perovskite Solar Cells.” Adv. Mater. (2025): e13975.

https://doi.org/10.1002/adma.202513975


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