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柔性钙钛矿太阳能电池(FPSCs)因应变局部化导致的机械降解问题,主要源于晶界处的不均匀应变分布。

本研究中国科学院大学Zhenhuang Su、可再生能源部怀柔实验室Qi Cao、河南大学吴洪卓和李志浩等人提出一种分子工程策略,采用可交联的甲基丙烯酸酐(MA)在钙钛矿薄膜内构建三维交联网络。该分子尺度网络有效将局部应变重新分布为更均匀的模式,表现为应变方差降低和杨氏模量减小。同时,MA网络调控结晶动力学,促使晶粒尺寸增大、(001)取向增强、缺陷密度降低。这些效应共同减少了应变集中,促进弹性应变释放,从而抑制晶界处微裂纹的形成。

优化后的刚性钙钛矿太阳能电池实现了26.42%的转换效率,柔性器件则达到25.03%,并表现出优异的机械稳定性。

研究亮点:

  1. 双功能分子配体:MA分子既能与Pb²⁺配位钝化晶界缺陷,又可原位聚合形成应力缓冲网络,同步实现缺陷抑制与应变均匀化。

  2. 高效率与高稳定性:MA修饰后的刚性与柔性器件分别实现26.42%和25.03%的光电转换效率,并在热老化、光照、弯曲等多种环境应力下表现出优异稳定性。

  3. 机械耐久性大幅提升:柔性器件在3000次弯曲循环后仍保持90%的初始效率,显著优于对照组,凸显其在实际应用中的机械可靠性。

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Han, F., Zhang, Z., Wu, H. et al. Homogenize Strain Distribution via Molecular Network Engineering for Mechanically Reliable Flexible Perovskite Solar Cells. Nano-Micro Lett. 18, 218 (2026).

https://doi.org/10.1007/s40820-026-02079-x

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