论文概览
钙钛矿材料因其本征的机械柔性和轻质特性，在超柔性太阳能电池领域展现出巨大潜力。基于厚度低于10微米基板制备的器件尤其适用于可穿戴电子与医疗设备等新兴领域。尽管其光电转换效率已逼近刚性玻璃基器件，但长期稳定性仍是关键挑战。上海交通大学戚亚冰团队研究证实，在氧化铟锡透明聚酰亚胺基板上联合使用氧化镍与[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸自组装单分子层作为空穴传输材料，可显著提升器件稳定性。该策略使器件在惰性环境中实现20.3%的光电转换效率，并维持1200小时的稳定功率输出。通过集成15纳米厚三氧化二铝湿度阻挡层，器件在空气中经历130小时后仍能保持90%的初始效率，且未牺牲其比功率（27.2 W g⁻¹），创造了超柔性钙钛矿太阳能电池的环境稳定性新纪录。相关成果以“Dual hole transport layer for ultra-flexible perovskite solar cells with unprecedented stability”为题发表在期刊Joule上。
技术亮点
1.界面工程：采用NiOX/2PACz双分子空穴传输层，通过能带调控与界面偶极作用，实现载流子的高效提取与传输。
2.纳米封装：创新性引入15 nm超薄Al₂O₃阻隔层，在保持器件柔性的同时，有效阻隔水氧侵蚀，显著提升环境稳定性。
3.机械耐久性：器件在经历1000次弯曲和折叠测试后，仍保持95%以上的初始效率，展现了卓越的机械鲁棒性。
研究意义
✅攻克稳定性瓶颈：首次实现超柔性钙钛矿电池在空气中T80超过260小时的突破性稳定性，为柔性器件的实际应用扫除关键障碍。
✅提供技术范式：通过“双传输层+超薄封装”的协同策略，为其他柔性光电子器件的设计与优化提供了可借鉴的技术路径。
✅推动应用落地：在保持27.2 W g⁻¹高比功率的前提下，同步实现高效率与高稳定性，显著加速了超柔性光伏技术在可穿戴电子等领域的应用进程。
深度精度
1. 本研究成功制备了基于NiOX/2PACz双分子层空穴传输结构的超柔性钙钛矿太阳能电池。器件采用p-i-n架构，在透明聚酰亚胺基板上依次沉积NiOX纳米颗粒和2PACz自组装单层，随后通过PEAI表面钝化处理形成界面偶极层，最终以PC61BM/BCP作为电子传输层和缓冲层，并蒸镀80纳米银电极。完成的超柔性器件通过1微米派瑞林涂层进行封装保护，可从辅助玻璃基板上剥离形成独立器件。性能测试表明，该超柔性器件实现了20.33%的冠军效率（VOC=1.15 V，JSC=22.36 mA cm⁻²，FF=78.7%），其刚性参照器件效率达20.99%。研究发现2PACz的引入不仅通过界面偶极效应提升所有光伏参数，还将NiOX层中Ni³⁺/Ni²⁺比例降低约12%，有效抑制了界面非辐射复合。在连续光照1200小时的稳定性测试中，超柔性器件展现出卓越的运行稳定性，为柔性光电子器件的发展奠定了坚实基础。
2. 通过开尔文探针力显微镜、紫外光电子能谱与低能逆光电子能谱技术，系统研究了超柔性基板上空穴传输层的表面电势与能级结构。KPFM分析表明，在NiOX表面引入2PACz自组装单层后，表面电势均匀性显著提升，接触电位差从-0.94 V增至-0.67 V，对应材料功函数由4.21 eV提升至5.03 eV。能带测试显示2PACz使NiOX导带能级从2.4 eV移至3.1 eV，成功构建了更匹配钙钛矿能级的阶梯型能带结构。这种界面偶极工程有效优化了空穴提取效率，同时扫描电镜证实2PACz修饰的基底可诱导钙钛矿形成更大晶粒，而XRD图谱则表明不同空穴传输层上的钙钛矿均保持相同的晶体结构。这些发现从界面物理与能带工程角度揭示了双分子层空穴传输结构提升器件性能的内在机制。
3.本研究系统评估了超柔性钙钛矿太阳能电池的机械与环境稳定性。器件在经历1000次弯曲和折叠测试后，光电转换效率分别保持初始值的98%和95%，其卓越机械稳定性源于自组装单层与氧化物基底间的共价键合作用。为解决空气中快速降解的问题（T80<50小时），创新性地在派瑞林涂层两侧沉积15纳米Al₂O₃阻挡层，该设计使器件在空气中达到T90=130小时、T80=260小时的突破性稳定性，且不影响其折叠稳定性（千次折叠后效率保持96.1%）。研究还发现3微米超薄基底能有效分散应力，避免Al₂O₃层开裂。比功率测试显示，带封装器件的比功率为27.2 W g⁻¹，仅比未封装状态降低1.5%，证实超薄屏障在显著提升环境稳定性的同时，成功保持了器件的轻质特性与机械柔韧性，为超柔性光电器件的实际应用奠定了坚实基础。
结论展望
本研究成功开发了基于p-i-n架构的超柔性钙钛矿太阳能电池，通过采用NiOX/2PACz复合空穴传输层与15纳米Al₂O₃阻隔层的协同设计，实现了效率与稳定性的突破。该器件在超薄基板上获得20.3%的光电转换效率，并展现出卓越的机械耐久性——经历1000次弯曲和折叠测试后仍保持95%的初始效率。在惰性环境中连续运行1200小时性能无衰减，更在空气中实现T90=130小时、T80=260小时的纪录稳定性，较文献最高值提升5倍。器件的比功率达27.2 W g⁻¹，且研究证实通过将银电极替换为铝电极可进一步提升至37 W g⁻¹。这项研究通过创新界面工程与超薄封装技术，为超柔性光电子器件的实际应用奠定了坚实基础。
文献来源
Rabehi I N, Mariotti S, Fukuda K, et al. Dual hole transport layer for ultra-flexible perovskite solar cells with unprecedented stability. Joule (2025).
https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102209
仅用于学术分享，如有侵权，请联系删除。
