隨著電子技術的快速發展，便攜式、功能性和可穿戴電子設備的需求增加。具有高功率轉換效率（PCE）、重量輕、低溫可加工性、固有靈活性以及與曲面的兼容性的柔性鈣鈦礦太陽能電池（f-PSC）在建筑集成光伏、無折疊飛行器、智能汽車和可穿戴電子設備的應用中備受關注。然而，由于鈣鈦礦的晶界易斷裂、難以修復，以及鈣鈦礦薄膜在反復彎曲循環后與相鄰載流子傳輸層的機械粘附性較差，致使鈣鈦礦易碎、光電轉換效率（PCE）低和重現性差。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員葛子義帶領的有機光電材料與器件團隊，通過薄膜形貌調控、新型二維鈣鈦礦材料設計和載流子傳輸層修飾等手段，提升了剛性和柔性鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性。近日，針對鈣鈦礦薄膜缺陷多和傳統柔性鈣鈦礦太陽能電池的機械柔韌性差的問題，該團隊基于偶極矩工程設計了一系列氰基衍生物作為鈣鈦礦前驅體溶液的添加劑。科研人員通過氰基縫合鈣鈦礦的鉛缺陷和氟原子調控氰基衍生物的偶極以及與鈣鈦礦生成氫鍵，在鈍化鈣鈦礦缺陷的同時釋放鈣鈦礦薄膜的應力，降低了鈣鈦礦薄膜的楊氏模量，增強了鈣鈦礦薄膜的柔韌性。同時，這一系列氰基衍生物可削弱電荷載流子與縱向光學聲子之間的相互作用，進而促進載流子的提取和傳輸。該工作獲得了效率達24.08%的柔性鈣鈦礦太陽能電池，是目前公開報道的柔性鈣鈦礦太陽能電池的最高效率。器件經過3000次彎折，可保持初始效率的92%。該工作為添加劑工程中材料設計、機械柔韌性和應力消除提供了新見解，為開發先進的柔性鈣鈦礦太陽能電池提供了可靠方法。
相關研究成果以Molecular dipole engineering assisted strain release for mechanically robust flexible perovskite solar cells為題，發表在《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。
▲圖1. 氰基衍生物的分子結構設計和偶極矩調控
▲圖2. 氰基衍生物降低鈣鈦礦薄膜楊氏模量和釋放不同深度鈣鈦礦薄膜應力
▲圖3. 柔性鈣鈦礦太陽能電池轉換效率和相關載流子動力學表征結果
