Nat. Synth:机械互锁聚合物支架实现高效率印刷柔性钙钛矿光伏器件

来源:知光谷发布时间:2025-10-22 09:17:23

柔性钙钛矿太阳能电池可实现高效弯曲能量转换,推动下一代可穿戴设备发展。然而,从实验室规模原型向工业规模组件的转变,受限于印刷过程中钙钛矿胶体颗粒的不均匀沉积,导致功率转换效率下降。

受生物互锁机制启发,上海交通大学颜徐州、南昌大学胡笑添和陈义旺等人在钙钛矿前驱体墨水中嵌入机械互锁网络,构建三维结构以固定钙钛矿胶体颗粒,抑制印刷过程中的团聚。该动态网络在剪切诱导流动下实现胶体颗粒的均匀共沉积,形成高质量晶体薄膜并提升光电性能。

采用机械互锁网络掺杂前驱体墨水制备的柔性钙钛矿太阳能电池表现出卓越性能,在小面积器件(0.10 cm²)和大面积组件(100 cm²)中分别实现26.22%和19.44%的创纪录效率,同时显著提升长期运行稳定性与机械鲁棒性。

文章亮点:

  1. 创新性网络设计:受“榫卯结构”启发,合成机械互锁网络作为添加剂,有效固定钙钛矿胶体颗粒,抑制印刷过程中的无序迁移与团聚。
  2. 高效率与大面积兼容:实现小面积器件26.22%和大面积组件19.44%的认证效率,突破柔性钙钛矿光伏的尺寸限制。
  3. 综合性能提升:显著增强薄膜结晶质量、机械柔性与长期稳定性,弯曲6000次后仍保持90%以上初始效率。

Shi, S., Gong, C., Tao, M. et al. Mechanically interlocked polymer scaffolds enable high-efficiency printed flexible perovskite photovoltaics. Nat. Synth (2025).

https://doi.org/10.1038/s44160-025-00904-6


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