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钙钛矿型太阳能电池的机械可靠性是保证其工作稳定性的重要因素，但这仍是一个严峻的挑战。研究人员现在已经证明，界面自组装单分子膜增加了钙钛矿和电荷传输层之间的粘附韧性，增强了器件的稳定性。

近日，瑞士弗里堡大学Jovana V. Milić（通讯作者）等人在知名期刊Nature Energy上发表了题为“Get tougher”的评述性文章。

Nature Energy评述Science工作：钙钛矿型太阳能电池，变得更强！

混合钙钛矿型半导体的一个特点使其对光伏应用特别有吸引力，其中一个特点是在室温下通过溶液处理来制造它们。这是因为它们的形成能低，但这使得这些材料变得柔软和脆性。因此，钙钛矿和电荷传输层之间的界面在太阳能电池运行期间对分层特别敏感，这限制了它们的稳定性。

已经有许多尝试通过使用界面层、添加剂和支架来解决这一限制。然而，钙钛矿和电荷传输层之间的界面仍然是太阳能电池退化的主要来源。Zhenghong Dai等人在《科学》杂志上撰文。报道了一种基于3-碘丙基三甲氧基硅烷(I-SAM)的自组装单分子膜(SAM)，它在钙钛矿和电子传输层(ETL；图a)之间的界面起到了分子胶的作用。

研究人员设计的策略有助于提高操作稳定性(图b)。研究人员从稳定性数据推断出寿命为4000小时，他们将稳定性的改善归因于加入I-SAM后抑制了钙钛矿界面的不可逆降解，因为与对照系统相比，界面韧性增加了约50%(图c)。粘接韧性的增加防止了脱层和空洞的形成，否则这些空洞就会通过器件传播。

钙钛矿型太阳电池的界面增韧

Dai等人发现在卤化自组装膜上，通过控制机械性能，可以使钙钛矿太阳能电池的应用多样化。例如，能够提高设备的机械稳定性与柔性太阳能电池特别相关，考虑到可穿戴和智能自供电电子产品这一新兴领域的扩张，柔性太阳能电池的发展变得越来越重要。柔性器件的运行特别依赖于机械稳定性，因为它需要坚固的界面，将机械变形对电荷传输的影响降至最低。而Dai等人虽然已经证明卤化自组装膜可以改善钙钛矿/ETL界面，但研究人员的方法有可能被扩展到增韧其他单独的层和界面。

为了实现这一点，可以采用与卤素键互补的多种非共价相互作用，例如更常用的氢键或选择性金属配位。这种超分子相互作用是有利的，因为它们有能力通过可逆的断裂和重整进行自我修复。这可以实现更智能的技术，这些技术更强大，更能适应各种操作条件和机械应力。

总之，有必要在操作过程中跨器件各层监测材料的结构和光电特性的变化。这将提供对设计最佳界面材料至关重要的结构-性能关系的更多洞察力。分子设计和界面工程的进一步发展可以同时提高钙钛矿型太阳能电池的性能、操作稳定性和机械稳定性，为未来的应用提供了更多的可能。

文献信息

Get tougher (Nature Energy, 2021, DOI: 10.1038/s41560-021-00901-x)

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00901-x

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