AEM：原位雙區域選擇性錨定兩性離子凝膠實現高效且機械耐用的柔性鈣鈦礦太陽能電池

柔性鈣鈦礦太陽能電池（f-PSCs）在可穿戴電子、車載集成和物聯網設備中具有廣闊前景，但其在多樣化應用場景下的機械可靠性尚未得到充分理解。實際應用中，f-PSCs可能承受動態彎曲、大曲率與小曲率靜態變形等多種應力模式，導致不同微觀結構區域應力積累。然而，針對這些場景特異性失效的統一策略仍然缺乏。

本研究香港城市大學Alex K-Y. Jen、西安交通大學Xinyi Zhu、吳朝新和董化等人開發了一種利用兩性離子凝膠單體3-(1-乙烯基-3-咪唑)丙烷磺酸鹽（VIPS）的原位雙區域錨定策略，以應對這一挑戰。得益于其磺酸基團與Pb2?的強配位作用以及與自組裝單分子層的π共軛作用，VIPS能夠選擇性分布于鈣鈦礦晶界和埋底界面。經原位聚合后，形成柔性網絡，同時釋放內部晶格應變和界面應力。這種靶向分布確保在不同變形模式的應力集中區域均能實現有效的機械強化。VIPS修飾的器件在0.11 cm2面積上實現25.45%的效率，在20.21 cm2面積上實現22.47%的效率（認證效率21.45%），在749 cm2面積上實現17.75%的效率。在室內光照條件下，VIPS修飾的柔性器件效率超過40%。優異的機械與環境穩定性進一步驗證了該策略的可行性。

這一可擴展策略為柔性鈣鈦礦研究邁向場景感知型器件設計搭建了橋梁。

研究亮點：

1. 提出原位雙區域錨定策略，精準強化應力集中區域
   利用VIPS分子中磺酸基與Pb2?的配位作用、咪唑基與界面材料的π共軛作用，實現其在鈣鈦礦晶界和埋底界面的選擇性分布與聚合，形成柔性網絡，有效釋放多模式應力。

2. 實現多尺度高效率記錄，涵蓋小面積至大面積器件
   VIPS修飾的柔性器件在0.11 cm2、20.21 cm2和749 cm2面積上分別實現25.45%、22.47%（認證21.45%）和17.75%的效率，在室內光照下效率突破40%，展現了優異的可擴展性與適用性。

3. 具備全面機械與環境穩定性，通過多項嚴苛測試
   器件在動態彎曲、靜態大/小曲率變形、高濕強光等復雜條件下均保持高效穩定，ISOS-L-1與ISOS-D-1測試中效率保持率>90%，鉛泄漏率顯著降低，具備實際應用潛力。

W. Cai, J. Wang, X. Zhu, et al. “ In Situ Dual-Region Selective Anchoring of Zwitterionic Gel Enables Efficient and Mechanically Durable Flexible Perovskite Solar Cell.” Advanced Energy Materials (2025): e05869.

https://doi.org/10.1002/aenm.202505869

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