IF 49.7！一种生产稳定柔性叠层太阳能电池的反溶剂晶种方法

本文精选

    钙钛矿和铜铟镓硒（CIGS）材料因其薄膜特性、高吸收系数及可调带隙，为柔性钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池的开发提供了理想平台。此类器件具有多重优势：例如可采用低成本卷对卷工艺制备，且具备高功率重量比，特别适用于空间受限的应用场景。然而，在粗糙的CIGS表面制备高质量钙钛矿顶电池面临显著挑战。首先，钙钛矿电池中广泛用作载流子选择性接触材料的自组装单层（SAMs）易在粗糙表面发生团聚（图1a中），导致覆盖不均，进而削弱载流子提取效率与器件稳定性。其次，钙钛矿前驱体在SAMs上的润湿性较差，这不仅影响器件的可扩展性、良率与重复性，还会形成脆性界面，损害长期稳定性和机械可靠性（尤其在柔性器件中）。这一润湿性问题在非极性尾端（如甲基）修饰的高密度SAMs上尤为突出，尽管此类SAMs能为钙钛矿提供优异的钝化作用和空穴选择性。

创新点

1.首次揭示粗糙CIGS表面SAMs团聚的微观机制，提出解决钙钛矿前驱体润湿性差与界面脆性的关键科学问题。

2.针对非极性SAMs钝化需求与润湿性矛盾，开发新型界面修饰策略（如极性-非极性杂化SAMs），实现载流子选择性与工艺兼容性的平衡。

3.通过抑制界面脆性，显著提高柔性叠层电池在弯曲应力下的机械稳定性，为可穿戴能源器件奠定基础。

对科研工作的启发

1.粗糙度对SAMs自组装行为的影响可推广至其他薄膜器件（如有机光伏、量子点LED），需建立表面拓扑结构-分子排列的普适性模型。

2.借鉴超分子化学理念，设计具有梯度润湿性的界面层（如从亲液性基底过渡到疏液性功能层），解决多材料体系集成难题。

3.本研究的界面强化策略可迁移至柔性生物电子器件，如解决电极-组织界面的机械失配问题。

思路延伸

1.开发原位表征技术（如掠入射X射线衍射）实时监测SAMs在粗糙表面的组装动力学。

2.采用喷墨打印局部修饰SAMs，实现微区润湿性精准调控，提升大面积制备均一性。

3.设计两亲性嵌段SAMs分子，极性端锚定基底，非极性端优化钙钛矿结晶。

4.引入仿生微纳结构（如荷叶状突起）增强前驱体铺展，同时保持钝化效果。

5.结合机器学习预测不同SAMs分子结构与润湿性/钝化性能的构效关系。

6.借鉴半导体封装技术，开发柔性叠层器件的应力缓冲封装方案。

生物医学领域的应用

1.柔性高功率电池可为连续血糖监测、电子皮肤等提供轻薄能源解决方案。

2.利用生物相容性封装技术，开发体内可降解钙钛矿/CIGS微电池驱动神经刺激器。

3.结合钙钛矿材料的光谱可调性，设计贴合体表的柔性光动力治疗装置。

4.高功率重量比特性适合微创手术器械的无线供能需求。

5.SAMs界面调控经验可指导生物电极表面修饰，提升信号采集信噪比。

An antisolvent-seeding approach to produce stable flexible tandem solar cells

Nature Energy ( IF 49.7 )

Pub Date  : 2025-04-18

DOI : 10.1038/s41560-025-01766-0

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