杨氏模量较高的金属卤化物钙钛矿在受到弯曲、扭曲或冲击等机械应力时容易形成裂纹，最终导致其光伏器件性能永久性下降。这些机械应力对光伏器件的长期使用寿命和柔性器件的生产提出了挑战。

为此，西北工业大学涂用广课题组与合作者采用具有动态化学键、可实现应力消散和机械损伤修复的聚硫辛酸( PLACS)的弹性体掺杂钙钛矿薄膜，以调节钙钛矿薄膜的模量，并提出了聚合物在钙钛矿薄膜中运行的机制（图1）。当应力施加到薄膜上时，PLACS首先吸收应力，随后通过S-S交换过程促进应力释放。定量纳米力学原子力显微镜和纳米压痕测试证明PLACS的加入降低了钙钛矿薄膜的模量（图2），较低的模量有效抵抗器件由机械应力和温度变化引起的变形，从而降低变形过程中裂纹和缺陷的形成。

图1 通过PLACS实现应力调节的示意图

图2 a) 两种薄膜的加载-卸载曲线; b)Control和h)Target钙钛矿薄膜的杨氏模量二维图。

同时，对PLACS优化后钙钛矿薄膜的残余应变进行研究，通过掠入射x射线衍射(GIXRD)结合2θ-sin²ψ曲线（图3），反应出PLACS 加入的薄膜残余应力和应变均降低，因此，引入聚合物后薄膜的残余应变显著释放。

图3 a)Control和b)Target 薄膜不同ψ值(0°-50°)的掠入射x射线衍射(GIXRD); c) 2θ−sin²ψ的线性拟合。

进一步，扫描电镜(SEM)证明了两种薄膜在相同弯折情景下的裂纹产生情况,表明PLACS修饰后的薄膜具有更好的抗弯折能力（图4a-d）。转换效率随弯折次数的测试也表明，PLACS修饰的器件效率降低更缓慢（图 4f）。高分辨透射电镜结果表明PLACS存在于钙钛矿的上下表面和晶界（应力集中区域）(如图4g-h)，证明聚合物优先进行应力吸收和释放。

图4 Control薄膜a)弯曲前、b)弯曲400次后的SEM图像；Target薄膜c)弯曲前、d)弯曲400次后的SEM图像；e)晶界处PLACS的SEM图像；f) PCE随弯曲次数变化；g)Target膜的高分辨TEM图像；h)10nm比例尺对应1-3区域的放大图像, 4. 晶格间距的图像。

通过这种方法，刚性反式器件实现了24.42%的功率转换效率，同时具有出色的稳定性。柔性反式器件实现了22.21%的光电转换效率，为柔性钙钛矿太阳能电池的制备及机械耐久性的提高提供了新的思路，有望进一步提升钙钛矿光伏器件的柔性化和轻量化，为钙钛矿光伏器件的多场景能源供给提供策略。

研究成果以“Synergistic Toughening and Strain Releasing Strategy in MetalHalide Perovskite Photovoltaics”为题发表在高学术水平期刊Advanced Functional Materials上。论文第一作者为柔性电子研究院博士研究生王臣赟，通讯作者为西北工业大学柔性电子研究院涂用广副教授、王振华副教授，材料学院郑泽邦教授，以及中国航天科技集团上海空间电源研究所孙利杰研究员。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202410621

（文字：王臣赟 审核：王学文）