软物质科学与工程高精尖创新中心谭占鳌课题组创新性地提出基于热力学调控的柔性钙钛矿薄膜应力优化策略，通过樟脑分子的配位键合与可控热升华双重效应，成功实现了薄膜内应力的精准调控。该研究利用樟脑分子独特的配位能力与温度响应特性，在薄膜退火过程中通过热力学升华诱导晶格弛豫，有效释放了钙钛矿薄膜的残余应力。最终制备了效率为24.5%的反式柔性钙钛矿太阳电池，并且该器件在10000次的机械弯曲测试后仍能保持初始效率值的80%。

柔性钙钛矿太阳电池（f-PSC）具有较高的功率重量比，而且可以在弯曲、折叠等复杂环境下稳定工作，其在可穿戴电子设备、光伏建筑一体化等领域展现出广阔的应用前景。然而，在钙钛矿器件制备过程中，由于钙钛矿薄膜与柔性衬底之间的晶格和热膨胀系数失配，薄膜内部在热退火处理时易诱发高能级应力场。这种本征应力积累不仅会引发钙钛矿晶格畸变和缺陷态增加，且会由于应力-应变耦合效应而削弱器件的载流子传输效率和机械耐受性，极大地限制了f-PSC的光伏性能和机械柔韧性。因此，如何建立有效的应力调控机制是实现钙钛矿薄膜与柔性基底界面的应力释放，并平衡f-PSC的光电转换效率与机械柔韧性的关键问题。

图1柔性钙钛矿薄膜的内部应力释放以及热力学调控机制

本研究采用天然无毒的樟脑分子作为晶格应力调控媒介，基于其与钙钛矿前驱体较强的亲和性，构建了动态热力学应力释放体系。在热退火过程中，樟脑分子通过热致晶格膨胀效应向晶格体系施加可控的拉伸作用，使得压缩的钙钛矿晶格上被施加额外的张力，有效地中和了钙钛矿薄膜中因热膨胀产生的残余应力。通过对柔性衬底上钙钛矿薄膜制备过程的微观应变分析与调控，本研究最终成功制备了效率高达24.5%的反式f-PSC。同时，在5毫米的曲率半径下进行10000次的机械弯曲测试后，该器件仍能保持初始效率值的80%。这项工作为制备具有良好的机械柔韧性和稳定性的高效f-PSC提供新的思路。

图2 柔性钙钛矿太阳电池的光伏性能和机械稳定性

该工作以“Stress Release via Thermodynamic Regulation towards Efficient Flexible Perovskite Solar Cells”为题发表在《Energy & Environmental Science》期刊上，第一作者为北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心博士生许志阳，通讯作者为北京化工大学材料科学与工程学院于润楠副教授、软物质科学与工程高精尖创新中心谭占鳌教授以及嘉兴大学周二军教授。本研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助。

文章信息：

Zhiyang Xu, Runnan Yu, Tangyue Xue, Qiang Guo, Qianglong Lv, Chen Zhang, Erjun Zhou, Zhan’ao Tan, Stress Release via Thermodynamic Regulation towards Efficient Flexible Perovskite Solar Cells. Energy Environ. Sci., 2025, DOI: 10.1039/D5EE00342C

原文链接： https://doi.org/10.1039/D5EE00342C