26.5%，二硫鍵元環(huán)可逆交聯(lián)調(diào)控晶體動(dòng)態(tài)應(yīng)變

Reversible crosslinking strategy for dynamic strain regulation in inverted perovskite solar cells

圖 1：(a) 2 - 甲基丙烯酰氧基乙基硫辛酸酯（MTA）的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其交聯(lián)過程；(b) MTA 在鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）中的作用機(jī)制；(c) 純 MTA 及 MTA 修飾鈣鈦礦（MTA@PVK）交聯(lián)前后的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）；(d) MTA@PVK 在 85℃和 25℃條件下的拉曼光譜。

圖 2：(a) 鈣鈦礦薄膜應(yīng)變示意圖；(b) 對(duì)照組鈣鈦礦和 (c) MTA 修飾鈣鈦礦在一次夜 - 日 - 夜循環(huán)中的掠入射 X 射線衍射（GIXRD）圖譜；(d) 2θ-sin2(ψ) 線性擬合結(jié)果，注：85℃光照代表白天條件，25℃黑暗代表夜晚?xiàng)l件；(e) 新鮮鈣鈦礦、(f) 對(duì)照組老化鈣鈦礦和 (g) 目標(biāo)組老化鈣鈦礦經(jīng) 5 次晝夜循環(huán)后的透射電子顯微鏡（TEM）圖像（比例尺 2nm）。

圖 3：(a) 對(duì)照組和 (b) 目標(biāo)組 PSCs 在晝夜循環(huán)老化下的瞬態(tài)光電壓（TPV）曲線；(c) TPV 壽命變化；(d) 對(duì)照組和 (e) 目標(biāo)組 PSCs 的瞬態(tài)光電流（TPC）曲線；(f) TPC 壽命變化；(g) 對(duì)照組和 (h) 目標(biāo)組 PSCs 的陷阱態(tài)密度（tDOS）擬合結(jié)果；(i) 晝夜老化過程中深陷阱密度變化，注：85℃光照 12 小時(shí) + 25℃黑暗 12 小時(shí)為一個(gè)晝夜循環(huán)。

圖 4：(a) 對(duì)照組和 (b) 目標(biāo)組鈣鈦礦薄膜經(jīng) 15 次晝夜循環(huán)前后的離子遷移活化能（E?）；(c) 對(duì)照組和 (d) 目標(biāo)組老化 PSCs 中鉛、碘、銅元素的截面能量色散 X 射線（EDX） mappings（比例尺 500nm）。

圖 5：(a) 倒置 PSCs 器件結(jié)構(gòu)；(b) 對(duì)照組和目標(biāo)組 PSCs 的電流密度 - 電壓（J-V）曲線；(c) 穩(wěn)定最大功率點(diǎn)輸出；(d) 3 個(gè)器件在晝夜循環(huán)模式下的最大功率點(diǎn)（MPP）跟蹤（85℃光照 12 小時(shí) + 25℃黑暗 12 小時(shí)），注：誤差棒代表標(biāo)準(zhǔn)偏差（平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差，n=3）。

鈣鈦礦太陽能電池在晝夜循環(huán)條件下降解速度較快，原因是鈣鈦礦晶格柔軟、熱膨脹系數(shù)高，晝夜交替會(huì)使其周期性膨脹收縮，產(chǎn)生周期性應(yīng)變，進(jìn)而誘導(dǎo)深缺陷生成、加速離子遷移。

團(tuán)隊(duì)提出動(dòng)態(tài)可逆交聯(lián)策略，引入含二硫鍵的可交聯(lián)添加劑 2 - 甲基丙烯酰氧基乙基硫辛酸酯（MTA），其含有的羰基可與鉛離子配位錨定在晶界，碳碳雙鍵能促進(jìn)聚合，二硫鍵五元環(huán)可通過可逆開環(huán) / 關(guān)環(huán)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)交聯(lián)與解交聯(lián)切換。MTA 可動(dòng)態(tài)調(diào)控鈣鈦礦應(yīng)變：白天高溫光照時(shí)，二硫鍵開環(huán)引發(fā)交聯(lián)形成堅(jiān)固三維聚合物網(wǎng)絡(luò)，抑制鈣鈦礦膨脹；夜晚室溫黑暗時(shí)，發(fā)生關(guān)環(huán)反應(yīng)解交聯(lián)形成柔性線性聚合物，促進(jìn)鈣鈦礦恢復(fù)，從而緩解周期性應(yīng)變。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基于 MTA 的 PSCs 光電轉(zhuǎn)換效率達(dá) 26.5%，開路電壓 1.19V，填充因子 85.1%，穩(wěn)定功率輸出 26.0%；在晝夜循環(huán)模式（85℃光照 12 小時(shí) + 25℃黑暗 12 小時(shí)）下，未封裝器件經(jīng) 1800 小時(shí) MPP 跟蹤仍保留 95.7% 的初始效率；MTA 有效抑制了應(yīng)變誘導(dǎo)的深陷阱生成和離子遷移，器件陷阱態(tài)密度基本保持穩(wěn)定，離子遷移活化能無明顯變化，鈣鈦礦晶格在老化后仍能維持均勻間距。