西北工业大学，AFM最新研究

钙钛矿太阳能电池因其丰富的地球储量、独特的光电特性以及低成本的溶液加工方法，被认为是最具前景的第三代光伏技术之一。目前，单结钙钛矿太阳能电池的认证光电转换效率已达 26.7%，接近单晶硅太阳能电池的水平。然而，器件的稳定性仍然是 PSC 商业化的关键障碍。尽管在提高 PSCs 的化学稳定性方面已取得重要进展，机械稳定性的研究却相对滞后。钙钛矿薄膜本身的顺应性、低模量特性及脆性使其极易受到结构应力和形变的影响。此外，由于 PSCs 的多层结构存在不同的热膨胀系数，在热退火过程中会在钙钛矿层内产生压应力或拉应力。这些残余应力显著影响钙钛矿薄膜的光电特性，包括带隙、载流子传输和复合行为。更重要的是，当残余应力超过临界阈值时，可能会导致界面开裂、层间剥离以及薄膜内部孔洞的形成，从而降低器件的机械可靠性。因此，解决这些残余应力问题对于实现高效且耐久的PSCs 具有根本性和紧迫性的意义。

基于此，来自西北工业大学的王洪强教授与郭鹏飞博士，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Multi-Dimensional Stress Release by Interfacial Embedding of Nanolubricants for Mechanically Stable Perovskite Solar Cells”的文章。该文章报道了一种通用的钙钛矿薄膜应力调控策略，将二维纳米润滑剂植入钙钛矿晶界以有效调控杂化钙钛矿薄膜中的残余应力，从而实现高效且机械稳固的钙钛矿太阳能电池。

图1. nano-WSe₂液相脉冲激光制备及钙钛矿薄膜应力调控作用机制示意图

通过在晶界嵌入激光制备的多层纳米二硒化钨纳米润滑剂，实现了多维应力释放，包括面内和面外方向。该策略显著降低了晶界应力集中，使钙钛矿薄膜的断裂模式由晶间断裂转变为穿晶断裂，从而提高了薄膜在外部应力下的机械可靠性。此外，nano-WSe₂通过活性Se原子与未配位Pb之间的作用增强了晶界，同时钝化了界面缺陷并促进了电荷传输。最终，刚性PSCs 实现了超过 25% 的PCE，并表现出优异的环境稳定性，而植入nano-WSe₂ 的柔性PSCs在3 mm弯曲半径下经过10,000 次弯曲循环后仍能保持88.3%的初始 PCE，展现出卓越的机械耐久性。该研究为钙钛矿薄膜应力调控以及机械耐久的柔性钙钛矿光伏技术发展提供了新方法和新思路。

(1) 开发激光制备WSe₂纳米晶的晶界植入润滑策略以调控残余应力。该研究采用液相脉冲激光辐照技术制备WSe₂纳米晶，并将其引入钙钛矿薄膜的晶界作为纳米润滑剂，从而有效调控薄膜残余应力，缓解晶界应力集中，并实现缺陷钝化及能级调控。

(2) 实现钙钛矿薄膜面内与垂直方向的多维残余应力调控。该研究探索了钙钛矿薄膜面内与面外方向应力的协同调控。通过在晶界植入WSe₂纳米晶，实现了面内与面外方向应力的同步调控，降低了薄膜的杨氏模量及表面硬度，增强了晶界。受此影响，薄膜的断裂模式倾向于由晶间断裂向穿晶断裂转变，从而有效提升钙钛矿太阳能电池的机械稳定性。

(3) 实现钙钛矿太阳能电池效率、化学稳定性与机械稳定性的协同提升。 WSe₂ 纳米润滑剂的嵌入有效钝化缺陷、优化能级匹配并促进电子传输，同时实现多维应力调控，从而实现效率、化学稳定性与机械耐久性的协同增强。基于该晶界润滑策略，器件的光电转换效率达到25.03%，在约 30% 相对湿度下老化2,200小时后仍保持 93.2% 的初始效率。此外，该策略显著提升了机械耐久性，在弯曲半径为3 mm的条件下经历 10,000 次弯曲循环后仍维持 88.3% 的初始效率。

Multi-Dimensional Stress Release by Interfacial Embedding of Nanolubricants for Mechanically Stable Perovskite Solar Cells

王洪强教授简介：西北工业大学材料学院教授、副院长、国家级领军人才，英国皇家化学会会士。2008年于中科院固体物理研究所获凝聚态物理专业博士学位，后分别在日本、德国、英国从事博士后研究工作。曾获国家海外高层次青年人才、德国洪堡学者、欧盟玛丽居里学者。现担任总装X材料专家组成员、工信部高端功能与智能材料专项专家组成员、中国体视学会材料科学分会副主任委员、陕西省学科创新引智基地负责人、陕西省 “一带一路”国际联合实验室主任、陕西省纳米科技学会副理事长以及《J Phys Materials》国际编委等职。长期从事先进能源与催化材料基础及应用研究，系统开展了纳米晶激光植入低碳能源器件创新研究，以第一/通讯作者在 Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Sci. Adv.、Nat. Commun.等材料领域国际重要期刊发表 SCI 论文130余篇，H因子51（Web of Science），授权中国、日本发明专利31件。