AEM：原位雙區(qū)域選擇性錨定兩性離子凝膠實(shí)現(xiàn)高效且機(jī)械耐用的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（f-PSCs）在可穿戴電子、車載集成和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中具有廣闊前景，但其在多樣化應(yīng)用場(chǎng)景下的機(jī)械可靠性尚未得到充分理解。實(shí)際應(yīng)用中，f-PSCs可能承受動(dòng)態(tài)彎曲、大曲率與小曲率靜態(tài)變形等多種應(yīng)力模式，導(dǎo)致不同微觀結(jié)構(gòu)區(qū)域應(yīng)力積累。然而，針對(duì)這些場(chǎng)景特異性失效的統(tǒng)一策略仍然缺乏。

本研究香港城市大學(xué)Alex K-Y. Jen、西安交通大學(xué)Xinyi Zhu、吳朝新和董化等人開發(fā)了一種利用兩性離子凝膠單體3-(1-乙烯基-3-咪唑)丙烷磺酸鹽（VIPS）的原位雙區(qū)域錨定策略，以應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。得益于其磺酸基團(tuán)與Pb2?的強(qiáng)配位作用以及與自組裝單分子層的π共軛作用，VIPS能夠選擇性分布于鈣鈦礦晶界和埋底界面。經(jīng)原位聚合后，形成柔性網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)釋放內(nèi)部晶格應(yīng)變和界面應(yīng)力。這種靶向分布確保在不同變形模式的應(yīng)力集中區(qū)域均能實(shí)現(xiàn)有效的機(jī)械強(qiáng)化。VIPS修飾的器件在0.11 cm2面積上實(shí)現(xiàn)25.45%的效率，在20.21 cm2面積上實(shí)現(xiàn)22.47%的效率（認(rèn)證效率21.45%），在749 cm2面積上實(shí)現(xiàn)17.75%的效率。在室內(nèi)光照條件下，VIPS修飾的柔性器件效率超過40%。優(yōu)異的機(jī)械與環(huán)境穩(wěn)定性進(jìn)一步驗(yàn)證了該策略的可行性。

這一可擴(kuò)展策略為柔性鈣鈦礦研究邁向場(chǎng)景感知型器件設(shè)計(jì)搭建了橋梁。

研究亮點(diǎn)：

1. 提出原位雙區(qū)域錨定策略，精準(zhǔn)強(qiáng)化應(yīng)力集中區(qū)域
   利用VIPS分子中磺酸基與Pb2?的配位作用、咪唑基與界面材料的π共軛作用，實(shí)現(xiàn)其在鈣鈦礦晶界和埋底界面的選擇性分布與聚合，形成柔性網(wǎng)絡(luò)，有效釋放多模式應(yīng)力。

2. 實(shí)現(xiàn)多尺度高效率記錄，涵蓋小面積至大面積器件
   VIPS修飾的柔性器件在0.11 cm2、20.21 cm2和749 cm2面積上分別實(shí)現(xiàn)25.45%、22.47%（認(rèn)證21.45%）和17.75%的效率，在室內(nèi)光照下效率突破40%，展現(xiàn)了優(yōu)異的可擴(kuò)展性與適用性。

3. 具備全面機(jī)械與環(huán)境穩(wěn)定性，通過多項(xiàng)嚴(yán)苛測(cè)試
   器件在動(dòng)態(tài)彎曲、靜態(tài)大/小曲率變形、高濕強(qiáng)光等復(fù)雜條件下均保持高效穩(wěn)定，ISOS-L-1與ISOS-D-1測(cè)試中效率保持率>90%，鉛泄漏率顯著降低，具備實(shí)際應(yīng)用潛力。

W. Cai, J. Wang, X. Zhu, et al. “ In Situ Dual-Region Selective Anchoring of Zwitterionic Gel Enables Efficient and Mechanically Durable Flexible Perovskite Solar Cell.” Advanced Energy Materials (2025): e05869.

https://doi.org/10.1002/aenm.202505869

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