26.5%，二硫鍵元環可逆交聯調控晶體動態應變

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）的化學結構及其交聯過程；(b) MTA 在鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）中的作用機制；(c) 純 MTA 及 MTA 修飾鈣鈦礦（MTA@PVK）交聯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) 鈣鈦礦薄膜應變示意圖；(b) 對照組鈣鈦礦和 (c) MTA 修飾鈣鈦礦在一次夜 - 日 - 夜循環中的掠入射 X 射線衍射（GIXRD）圖譜；(d) 2θ-sin2(ψ) 線性擬合結果，注：85℃光照代表白天條件，25℃黑暗代表夜晚條件；(e) 新鮮鈣鈦礦、(f) 對照組老化鈣鈦礦和 (g) 目標組老化鈣鈦礦經 5 次晝夜循環后的透射電子顯微鏡（TEM）圖像（比例尺 2nm）。

圖 3：(a) 對照組和 (b) 目標組 PSCs 在晝夜循環老化下的瞬態光電壓（TPV）曲線；(c) TPV 壽命變化；(d) 對照組和 (e) 目標組 PSCs 的瞬態光電流（TPC）曲線；(f) TPC 壽命變化；(g) 對照組和 (h) 目標組 PSCs 的陷阱態密度（tDOS）擬合結果；(i) 晝夜老化過程中深陷阱密度變化，注：85℃光照 12 小時 + 25℃黑暗 12 小時為一個晝夜循環。

圖 4：(a) 對照組和 (b) 目標組鈣鈦礦薄膜經 15 次晝夜循環前后的離子遷移活化能（E?）；(c) 對照組和 (d) 目標組老化 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 器件結構；(b) 對照組和目標組 PSCs 的電流密度 - 電壓（J-V）曲線；(c) 穩定最大功率點輸出；(d) 3 個器件在晝夜循環模式下的最大功率點（MPP）跟蹤（85℃光照 12 小時 + 25℃黑暗 12 小時），注：誤差棒代表標準偏差（平均值 ± 標準差，n=3）。

鈣鈦礦太陽能電池在晝夜循環條件下降解速度較快，原因是鈣鈦礦晶格柔軟、熱膨脹系數高，晝夜交替會使其周期性膨脹收縮，產生周期性應變，進而誘導深缺陷生成、加速離子遷移。

團隊提出動態可逆交聯策略，引入含二硫鍵的可交聯添加劑 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，碳碳雙鍵能促進聚合，二硫鍵五元環可通過可逆開環 / 關環反應實現交聯與解交聯切換。MTA 可動態調控鈣鈦礦應變：白天高溫光照時，二硫鍵開環引發交聯形成堅固三維聚合物網絡，抑制鈣鈦礦膨脹；夜晚室溫黑暗時，發生關環反應解交聯形成柔性線性聚合物，促進鈣鈦礦恢復，從而緩解周期性應變。

實驗結果顯示，基于 MTA 的 PSCs 光電轉換效率達 26.5%，開路電壓 1.19V，填充因子 85.1%，穩定功率輸出 26.0%；在晝夜循環模式（85℃光照 12 小時 + 25℃黑暗 12 小時）下，未封裝器件經 1800 小時 MPP 跟蹤仍保留 95.7% 的初始效率；MTA 有效抑制了應變誘導的深陷阱生成和離子遷移，器件陷阱態密度基本保持穩定，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。