Empa、四川大学、国立清华大学、Fluxim AG、苏黎世联邦理工学院和斯洛伐克科学院的研究人员证明，超薄PEDOT：PSS中的垂直相分离会产生界面偶极，限制柔性钙钛矿叠层电池性能，而将曲拉通（Triton X-100）加入PEDOT：PSS可抑制这些偶极子并提升器件效率。
柔性全钙钛矿叠层太阳能电池（TSCs）和微型模块。（a）扫描电子显微镜（FIB-SEM）图像，用于柔性TSCs。比例条：350纳米。（b） J-V 曲线为冠军器件，插入图显示参考组和 Triton X-100 组的 17 个和 15 个 TSCs 中的功率转换效率（PCEs）。（c）2T全钙钛矿TSCs的PCE进展。数据包括本研究及同期报告，该报告在该稿件审稿期间发布。（d） 示意图展示了激光划线连接叠层太阳微型电池的过程。ALD：原子层沉积;NBG：窄带间隙;WBG：宽带间隙;ITO：氧化锡铟; PEN：聚萘酸乙二酯。（e）光学显微镜图像，描写线显示P1-P2-P3互连。（f） 冠军柔性串联太阳能微型模组的J–V曲线，插图为器件的照片。VOC：开路电压;JSC：短路电流密度;FF：填充因子;GFF：几何填充因子。（g）非优化微型模组的损耗分析和（h） 优化的微型模组。TCO：透明导电氧化层。（i）基于层设计和激光划线，采用优化子器件线宽和死区的10厘米×10厘米叠层太阳能模块的PCE模拟潜力。
柔性全钙钛矿叠层太阳能电池（TSCs）作为便携和航空航天应用的轻质高效电源，具有巨大潜力。然而，其性能和重复性受到窄带隙（NBG）子器件界面损失的限制，尤其是涉及常用的空穴输运层3,4-乙二氧噻噻苯）:聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT：PSS）。团队发现，超薄的PEDOT：PSS薄膜自然形成垂直分离结构：在导电丰富的PEDOT基底上形成富含PSS的绝缘表面层。这种垂直相分离产生了界面电偶极，阻碍了空穴的高效抽取，导致电流密度、填充因子和器件均匀性的损失。
通过引入非离子表面活性剂Triton X-100，研究人员打破了这种分离，减少了表面PSS的积累并抑制了偶极子的形成。该改进提升了界面电荷提取，显著提升了性能和重复性。因此，柔性全钙钛矿串联太阳能电池实现了25.4%的功率转换效率（PCE），而概念验证的柔性叠层小组件达到19.7%效率。
模拟在理解和扩展这些结果方面发挥了关键作用。利用Setfos进行漂移-扩散建模，量化了偶极诱导的PEDOT：PSS/钙钛矿界面能级变化对电流和填充因子的影响。Laoss模拟识别了灵活叠层微型模块中的分流和死区损耗，并预测了可扩展模块设计。模型预测，10×10 cm²柔性模块，经过优化的激光划线和布局，效率可超过24%。
本研究不仅揭示了PEDOT：PSS中界面偶极子作为钙钛矿叠层中的隐藏损耗机制，还提供了一种可扩展的克服方法。通过抑制聚合物间相互作用，研究人员展示了智能界面工程和仿真引导设计能够为下一代钙钛矿太阳能技术带来更高的效率、更高的灵活性和可扩展的制造能力。
（消息来源：perovskite-info.com, Nature Communications）
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