鈣鈦礦光伏電池是一種具有顛覆性的新型太陽能技術(shù)。自2009年首次報道以來，該技術(shù)被科學界和工業(yè)界廣受關(guān)注，已逐漸發(fā)展成熱門科技領(lǐng)域。柔性鈣鈦礦電池是該領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。相比較于剛性器件，柔性器件除了要實現(xiàn)高光電轉(zhuǎn)換效率和高工作穩(wěn)定性，還需面臨其可彎曲性帶來的力學穩(wěn)定性問題。界面工程是實現(xiàn)高效、穩(wěn)定鈣鈦礦電池的重要手段。通常，通過引入新的功能層實現(xiàn)能級排列優(yōu)化、抑制界面缺陷，從而提高電池器件效率和工作穩(wěn)定性。然而，新界面的引入容易對原有界面的力學結(jié)合完整性造成損害，這對在使用中需要反復彎曲的柔性器件尤為不利。因此，設(shè)計在光電功能和力學結(jié)合上均穩(wěn)定的界面，對于提升柔性器件的持續(xù)運行力，以及反復彎曲承受力將至關(guān)重要。

香港浸會大學周圓圓課題組與布朗大學Nitin P. Padture課題組、大連理工大學史彥濤課題組、清華大學王立鐸課題組等多方合作，在Nature Communications上發(fā)表論文‘Interpenetrating interfaces for efficient perovskite solar cells with high operational stability and mechanical robustness’，通過控制預先沉積的有機胺鹵 - 二氧化錫復合電子傳輸層與碘化鉛富余的鈣鈦礦層的擴散反應(yīng)，成功制備了一種新穎的滲透型界面結(jié)構(gòu)。研究表明，該界面可通過形成電場增強型異質(zhì)結(jié)促進載流子分離和傳輸，提高器件效率（柔性20.1%）和運行穩(wěn)定性。更重要的是，該設(shè)計有效提高界面的力學結(jié)合，增強界面反復循環(huán)彎曲的疲勞耐受性。基于此，器件在2500次反復彎曲循環(huán)后依然保留初始效率的85％。

圖. 滲透型鈣鈦礦/電子傳輸層界面設(shè)計概念：基于電子傳輸層中預先添加的有機胺鹵與鈣鈦礦層中富余碘化鉛的界面擴散反應(yīng)。

本工作運用多種高分辨率表征技術(shù)對滲透型鈣鈦礦-電子傳輸層界面的結(jié)構(gòu)特性、電荷傳輸特性以及力學耐受特性等進行深入研究：

1. 結(jié)構(gòu)特性：透射電子顯微鏡成像和納米尺度元素分析的結(jié)果表明了鈣鈦礦向電子傳輸層的有效滲入，合理證明了鈣鈦礦層中過量碘化鉛與電子傳輸層預留的有機鹵化物之間發(fā)生了界面反應(yīng)，從而導致鈣鈦礦相滲透到電子傳輸層中，得到滲透型界面。

2. 電荷傳輸特性：紫外光電子能譜結(jié)果展示了滲透型設(shè)計對于界面的能級過渡效應(yīng)。進一步地，使用開爾文探針原子力顯微鏡研究界面電勢分布，結(jié)果表明，滲透型界面處更大的電勢差與更寬的耗盡區(qū)更有利于光生載流子的分離與傳輸，這一點也在瞬態(tài)熒光光譜中該界面更快的熒光衰減得到證實。

3. 力學耐受特性：除了通過監(jiān)測反復彎曲過程中柔性器件的效率，來判斷柔性器件力學耐受性之外，還對不同彎曲階段的界面進行截面掃描表征，確定微觀狀態(tài)變化。結(jié)果表明，在反復彎曲1000次后，常規(guī)薄膜中已經(jīng)出現(xiàn)鈣鈦礦和電子傳輸層相互剝離的現(xiàn)象，隨著彎曲次數(shù)的增加剝離現(xiàn)象更加嚴重。而基于滲透型界面的薄膜雖然反復彎折后會有裂紋出現(xiàn)，但剝離現(xiàn)象明顯得到遏制。

該工作研究人員期望未來對滲透型界面的形成機理的深入研究，開發(fā)新方法以實現(xiàn)滲透型界面結(jié)構(gòu)的精準設(shè)計，從而最大程度的增強器件效率、穩(wěn)定性以及力學可靠性，為鈣鈦礦太陽能電池的市場應(yīng)用開辟道路。

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