太原理工郝玉英新研究：苯甲酸调控，制高效稳健柔性钙钛矿电池

主要内容

近年来，在柔性基底上实现钙钛矿的可控生长，对于制备高效且稳定的柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）具有至关重要的意义，已成为能源材料领域的研究热点。太原理工大学郝玉英教授、陈曦教授和陈智辉教授带领其团队，在这一前沿领域开展了深入且富有成效的研究。他们从分子层面出发，成功开发出一种利用4 - 羟基苯甲酸（4 - HBA）调控钙钛矿结晶动力学的新型策略。

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4 - HBA交联网络：钙钛矿生长的精密“调控师”

4 - HBA所形成的原位交联网络，犹如一套精密的“调控系统”，能够精准控制钙钛矿的过度成核现象，并有效延长结晶过程，为高质量钙钛矿的生长搭建了理想的模板。在此过程中，钙钛矿薄膜发生了多方面的积极变化。

首先，晶界缺陷大幅减少，这使得载流子在薄膜中的传输更加顺畅，减少了因缺陷导致的能量损失。其次，残余应力显著降低，有效避免了因应力集中而导致的薄膜开裂等问题，提高了薄膜的稳定性。同时，杨氏模量也明显下降，具体表现为相较于原始钙钛矿薄膜降低了62.3%，这为柔性器件的制备提供了更有利的条件。

从微观机制来看，自由羟基与羧基/卤素之间形成的动态氢键，赋予了钙钛矿薄膜优异的自修复性能。当薄膜受到外界应力或损伤时，这些动态氢键可以发生可逆的断裂和重新形成，从而使薄膜在受损后能够更好地恢复结构完整性，保持其光电性能的稳定。此外，4 - HBA苯环与未配位Pb²⁺之间的静电相互作用，以及4 - HBA独特的π - π堆积作用，有效提升了钙钛矿薄膜的导电性。这种导电性的提升使得电荷在薄膜中的传输更加高效，为高效光电转换提供了有力支撑。

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性能卓越：4 - HBA改性电池的多维度优势

基于上述创新发现，团队制备的刚性钙钛矿太阳能电池（PSCs）和FPSCs展现出了卓越的性能。其最优光电转换效率（PCE）分别高达24.76%和22.73%，这一成果在同类研究中处于领先水平，彰显了4 - HBA策略在提升电池效率方面的显著效果。

进一步地，在机械稳定性测试方面，FPSCs表现优异。在半径为5毫米的条件下进行10000次弯曲循环后，仍能保持初始效率的91%；即便在半径为2毫米的更为严苛的条件下弯曲4000次，并经60℃加热处理后，其光电转换效率也可恢复至原始值的89%。这充分证明了4 - HBA改性能够有效提升FPSCs的机械耐受性，使其在实际应用中能够更好地应对各种复杂的机械形变。

不仅如此，在稳定性测试中，未封装的FPSCs同样表现出色。在AM1.5G标准光照下暴露1000小时后，仍能保持原始光电转换效率的83%；在相对湿度为20% - 30%、温度为25 - 30℃的空气环境中放置1600小时后，仍能保持原始效率的82%；在AM1.5连续光照下照射1000小时后，仍能保持原始效率的83%。这些数据表明，4 - HBA改性显著提高了FPSCs的环境稳定性和光照稳定性，使其能够在不同的环境条件下长期稳定运行，为实际应用提供了可靠保障。

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意义深远：推动柔性钙钛矿电池发展与应用

综上所述，郝玉英教授、陈曦教授和陈智辉教授带领团队提出了一种基于4 - 羟基苯甲酸（4 - HBA）交联剂的强化与自修复策略，成功实现了高效且稳健的柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）的制备。

这一研究成果不仅在提升电池效率、机械稳定性和环境稳定性等方面取得了显著突破，为柔性钙钛矿太阳能电池领域的发展提供了新的思路和有效策略；同时，也为推动该技术在实际能源领域的应用和产业化进程奠定了坚实基础。随着技术的不断发展和完善，柔性钙钛矿太阳能电池有望在分布式能源、可穿戴设备、便携式电源等领域得到广泛应用，为解决全球能源问题做出重要贡献。

In Situ Polymerization Controlled Growth of Perovskite via Benzoic Acid Crosslinking Agent for Highly Efficient and Mechanically Robust Flexible Perovskite Solar Cell

Yankun Yang, Na Yang, Chenxi Zhang, Shiqi Li, Yang Hao, Qinjun Sun, Zhihui Chen, Shengzhong (Frank) Liu, Fei Guo, Jianfeng Lu, Yuying Hao

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202508253