东南大学材料科学与工程学院联合苏州大学研发“解耦共沉积”策略，相关成果发表于《Science》，突破钙钛矿柔性光伏模组规模化制备瓶颈

近日，东南大学材料科学与工程学院张天恺教授联合苏州大学李耀文教授、许桂英教授团队，提出一种提升大面积柔性钙钛矿光伏组件性能的印刷设计策略—— “解耦共沉积”策略，相关成果发表于国际顶级期刊《Science》。该研究针对柔性衬底大面积印刷传输层和钙钛矿层难以保证均匀性，导致柔性钙钛矿光伏模组效率和稳定性差的关键瓶颈，提供了一种新的解决思路。

近年来快速发展的钙钛矿太阳能电池具有超轻质、本征柔性和卷对卷加工兼容性等优势，有望将太阳能的高效利用扩展到对轻量化和柔性有高要求，例如可穿戴光伏、太空光伏等重要应用场景中，填补传统硅基太阳能电池的不足。然而目前制约柔性钙钛矿太阳能电池产业化的主要原因是柔性衬底上的大规模印刷工艺尚未解决。相比于刚性衬底，柔性衬底在表面粗糙度和羟基密度上都有显著差异，传统应用于刚性衬底的大面积印刷策略均难以适用，导致目前柔性钙钛矿光伏组件效率和稳定性均远低于刚性组件。

由于柔性衬底难以耐受较高温度，柔性衬底上透明导电电极的沉积只能使用较低温度，因而具有较大的表面粗糙度和较少的表面羟基官能团，极大限制了单分子电荷传输层和后续钙钛矿层的沉积浸润性。为了解决这一问题，团队探究了单分子传输层和钙钛矿层共沉积策略。共沉积策略可以有效改善柔性衬底上大面积印刷的浸润性，但由于传输层分子和钙钛矿组分具有较强分子间作用，一方面会影响单分子传输层在基底上的锚定反应，另一方面也会干扰钙钛矿的结晶，这种简单的共沉积策略难以实现高效稳定的钙钛矿柔性模组制备。

考虑到共沉积策略失效背后的物理机制是传输层分子和钙钛矿组分之间的强相互作用。团队设计开发了“解耦共沉积”策略，在单分子传输层和钙钛矿组分的混合溶液中加入退耦合调制分子，该退耦合分子具有铵根离子、碘离子和两个磺酸根基团，通过和钙钛矿框架形成更强的螯合相互作用，抑制了传输层分子和钙钛矿的相互作用。退耦合后，传输层单分子可以优先与基底表面羟基反应，快速有效地锚定在基底上；退耦合分子则有效调控了钙钛矿的结晶动力学，实现了钙钛矿层的优化生长和缺陷钝化。

“解耦共沉积”策略通过抑制传输层分子和钙钛矿组分之间的强相互作用实现了单分子传输层和钙钛矿层的协同优化，基于此制备的小面积柔性钙钛矿器件第三方认证效率达到了26.86%，5×5 cm²，10×10 cm²和30×30 cm²尺寸模组效率分别达到了22.31%，20.63%和20.15%，均为目前报道的纪录效率。同时柔性模组在-40℃~85℃宽幅温度循环，85℃高温光照等多种严苛运行条件下的稳定性也得到了显著提升，并首次通过产业界IEC63163标准化稳定性认证。该大面积印刷策略为柔性钙钛矿光伏产业化发展提供了重要基础。

“退耦合共沉积”策略设计与柔性模组性能提升

此次跨校联合攻关是我国钙钛矿太阳能电池领域的又一项重要原创进展，为实现高性能钙钛矿柔性光伏组件的制备提供了新的底层化学设计方案。后续可进一步探索退耦合分子库的理性设计、与叠层结构的兼容，以及面向卷对卷制造的连续化工艺放大，推动我国新能源产业升级和“双碳”战略目标的实现。

李耀文，许桂英为论文共同通讯作者，我院张天恺教授为共同第一作者。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aef9745