近日，bevictor伟德官网電機系易陳誼課題組提出了一種通過多功能添加劑減少鈣钛礦薄膜缺陷和晶格微應力的策略，實現了單結柔性鈣钛礦太陽能電池光電轉換效率（PCE）23.6%的世界最高紀錄。

有機-無機雜化鈣钛礦材料具有光吸收性能優異、加工成本低等優點，制備在柔性基底上的柔性鈣钛礦太陽能電池具有輕薄、可賦形、高功率質量比等優點，在可穿戴電子設備、無人飛行器、光伏建築一體化等領域具有廣闊的應用前景，因此獲得了學術界和産業界的廣泛關注。如何進一步提升柔性器件的光電轉換效率和耐彎折性能是其走向實際應用的關鍵。

柔性鈣钛礦電池最高效率發展趨勢和添加劑作用機理示意圖

該研究中，作者設計了一種琥珀酸鹽添加劑加入鈣钛礦前驅液中，用以提高鈣钛礦薄膜質量和鈣钛礦太陽能電池性能。高放大倍率的掃描電子顯微觀測發現，含有琥珀酸鹽添加劑的鈣钛礦薄膜形貌顯著改善，熒光強度和熒光壽命顯著增強，薄膜質量得到了明顯提升。進一步的核磁共振（NMR）測試表明，琥珀酸根陰離子中的羧酸基團能與鈣钛礦晶格中的甲脒陽離子發生氫鍵作用，能與未配位的鉛原子發生配位作用，同時，琥珀酸鹽中的甲胺陽離子還能填充到鈣钛礦晶格中的陽離子空位。這些豐富的相互作用使得鈣钛礦薄膜中的缺陷态得到抑制，晶格微應力得到緩釋，從而使整體鈣钛礦薄膜的質量和光電性能得到了明顯增強。

通過該方法制備的鈣钛礦太陽能電池光電性能優異，在AM1.5G标準光照下剛性的電池器件光電轉換效率高達25.4%。在柔性基底上所制備的柔性器件獲得了最高23.6%（認證效率22.5%）的光電轉換效率，這是迄今報道的單結柔性鈣钛礦太陽能電池效率的最高紀錄。同時，面積放大到1cm²的柔性器件獲得了超過20%的光電轉換效率。

值得一提的是，添加劑的加入強化了薄膜晶粒，使鈣钛礦薄膜的耐彎折性能得到大幅度的提升，柔性器件在6mm的彎曲半徑下彎折10000次仍可保持85%的初始光電轉換效率。

添加劑對鈣钛礦太陽能電池光電性能的影響（橙色和藍色分别為添加劑組和對照組）

柔性鈣钛礦太陽能電池器件結構與光電性能（橙色和藍色分别為添加劑組和對照組）

柔性器件效率和耐彎折性能的綜合提升展現了柔性鈣钛礦太陽能電池走向實際應用的良好前景。這一成果以“多功能琥珀酸鹽添加劑實現效率超過23%的柔性鈣钛礦太陽能電池”（Multifunctional succinate additive for flexible perovskite solar cells with more than 23% power conversion efficiency）為題發表在《細胞出版集團》（Cell Press）出版的綜合性學術期刊 《創新》（The Innovation）上。論文第一作者為電機系2018級博士生李明昊，通訊作者為bevictor伟德官网電機系副教授易陳誼，合作者包括國家納米科學中心丁黎明研究員，瑞士蘇黎世應用科技大學博士沃爾夫岡·特雷斯（Wolfgang Tress）等。工作得到了國家自然科學基金、電力系統國家重點實驗室自主科研項目、國家電網國能生物科研項目的支持。

論文鍊接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666675822001060