近日，西北工业大学柔性电子研究院黄维院士团队涂用广副教授联合北京大学朱瑞教授、吴疆副研究员，在柔性钙钛矿太阳能电池领域取得了突破性研究成果，提出了用于缓解柔性器件空穴传输界面空间异质性的分子表面自聚集策略。相关成果以“Molecular Surface Self-Accumulation Toward High-Efficiency and Mechanically Robust Flexible Perovskite Solar Cells”为题发表于Advanced Materials期刊。
柔性钙钛矿太阳能电池（F-PSCs）可为无人机、航空航天器等重量敏感型设备提供不可或缺的供电方案，应用前景广阔。然而，F-PSCs的光电转换效率与稳定性仍远不及刚性钙钛矿太阳能电池。这一效率的差距主要源于柔性基底表面粗糙度较大，会加剧载流子传输界面的空间异质性，进而降低载流子传输效率。此外，动态应力会在柔性器件内部诱发裂纹与界面分层，引发严重的机械稳定性问题。
该研究提出一种分子表面自聚集策略，可缓解界面空穴传输的空间异质性问题，同时制备出结晶性能优异的钙钛矿薄膜。将Br-4PAPT分子掺入钙钛矿前驱体溶液，Br-4PAPT分子在钙钛矿结晶驱动下动态扩散并选择性聚集至钙钛矿薄膜的底部界面，与底部的MeO-2PACz协同作用，形成更完整的空穴传输通道。该策略使以聚对二甲苯（parylene）为柔性基底（9 μm）的超薄F-PSCs实现了24.47%的光电转换效率，在超薄柔性钙钛矿光伏领域达到国际先进水平。此外，研究团队还在聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）柔性基底上制备出5×5 cm2的柔性模组，该柔性模组在户外自然光照射下，成功为航模的短途飞行有效供电。结合力学中性面调控，柔性器件具备优异的机械稳定性，在2 mm弯曲半径下弯折循环10000次后，仍能保持初始光电转换效率的91.8%。
该工作得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费和榆林市科技计划项目等经费的支持。
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