论文概览

针对钙钛矿太阳电池（PSCs）中缺陷诱导的非辐射复合、离子迁移和晶格应力导致效率与长期稳定性不足的关键瓶颈，深圳职业技术学院联合南京大学等研究团队创新性提出原位聚合两性离子弹性体多功能添加剂策略。该研究通过引入2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱（MPC）作为小分子添加剂，在钙钛矿成膜过程中同步触发其原位聚合，形成P-MPC弹性体网络均匀分布在晶界处。该多功能添加剂同时实现了结晶调控、缺陷钝化、离子迁移抑制和残余应力释放。最终，该策略使钙钛矿太阳电池实现了27.09%的功率转换效率（认证26.69%），并展现出卓越的稳定性——在最大功率点跟踪1000小时后效率保持96.1%，85°C湿热条件下保持92.6%，200次热循环后保持84.6%。该研究以“In-situ polymerized zwitterionic elastomers for efficient and stable perovskite solar cells”为题发表在顶级期刊Energy & Environmental Science上。

技术亮点

双功能分子设计：MPC兼具磷酰基（P=O）负电基团和季铵（-N⁺(CH₃)₃）正电基团，形成两性离子结构，电子云密度极高，与Pb²⁺强配位。

原位聚合晶界工程：在退火过程中，MPC单体通过C=C双键热聚合形成P-MPC弹性体，均匀分布于晶界，动态非共价键（[NR₄]⁺···⁻O₄P）赋予其自适应性。

多重应力释放机制：P-MPC网络有效缓解钙钛矿薄膜的残余拉伸应力，将表面应力从42.44 MPa降至8.29 MPa，抑制晶格畸变。

离子迁移阻断：P-MPC填充晶界后，离子迁移活化能从0.62 eV提升至0.95 eV，显著抑制卤化物迁移，延长器件寿命。

研究意义

✅效率突破：27.09%的PCE（认证26.69%）处于单结钙钛矿太阳电池领先水平，FF高达87.09%。

✅构建多功能一体化策略：单一添加剂同时解决结晶、缺陷、应力、离子迁移四大问题，为材料设计提供新范式。

✅极端环境稳定性：在−40°C至85°C热循环、85°C湿热、连续光照MPP跟踪中均表现出优异耐久性，接近商业化要求。

✅普适性验证：在宽带隙（1.85 eV）和窄带隙（1.25 eV）钙钛矿体系中均实现效率提升，适用于叠层电池。

深度精读

结论展望

本研究通过引入可原位聚合的两性离子化合物MPC，实现了钙钛矿太阳电池结晶调控、缺陷钝化、离子迁移抑制和残余应力释放的协同优化。P-MPC弹性体网络在晶界处通过动态静电交联稳定锚定，显著提升了器件效率和极端环境下的长期稳定性。27.09%的PCE（认证26.69%）和卓越的湿热、热循环、光照稳定性，标志着单结钙钛矿太阳电池向商业化迈出了重要一步。该原位聚合多功能添加剂策略为高性能、高稳定性钙钛矿光伏材料设计提供了新思路，并有望推广至钙钛矿叠层电池及大面积组件制造。

文献来源

Li, W., Li, Y., Tapa, A.R. et al.In-situ polymerized zwitterionic elastomers for efficient and stable perovskite solar cells.Energy Environ. Sci.(2026).

DOI:10.1039/D5EE07792C

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