鈣鈦礦光伏電池是一種具有顛覆性的新型太陽能技術。自2009年首次報道以來，該技術被科學界和工業界廣受關注，已逐漸發展成熱門科技領域。柔性鈣鈦礦電池是該領域的一個重要發展方向。相比較于剛性器件，柔性器件除了要實現高光電轉換效率和高工作穩定性，還需面臨其可彎曲性帶來的力學穩定性問題。界面工程是實現高效、穩定鈣鈦礦電池的重要手段。通常，通過引入新的功能層實現能級排列優化、抑制界面缺陷，從而提高電池器件效率和工作穩定性。然而，新界面的引入容易對原有界面的力學結合完整性造成損害，這對在使用中需要反復彎曲的柔性器件尤為不利。因此，設計在光電功能和力學結合上均穩定的界面，對于提升柔性器件的持續運行力，以及反復彎曲承受力將至關重要。

香港浸會大學周圓圓課題組與布朗大學Nitin P. Padture課題組、大連理工大學史彥濤課題組、清華大學王立鐸課題組等多方合作，在Nature Communications上發表論文‘Interpenetrating interfaces for efficient perovskite solar cells with high operational stability and mechanical robustness’，通過控制預先沉積的有機胺鹵 - 二氧化錫復合電子傳輸層與碘化鉛富余的鈣鈦礦層的擴散反應，成功制備了一種新穎的滲透型界面結構。研究表明，該界面可通過形成電場增強型異質結促進載流子分離和傳輸，提高器件效率（柔性20.1%）和運行穩定性。更重要的是，該設計有效提高界面的力學結合，增強界面反復循環彎曲的疲勞耐受性。基于此，器件在2500次反復彎曲循環后依然保留初始效率的85％。

圖. 滲透型鈣鈦礦/電子傳輸層界面設計概念：基于電子傳輸層中預先添加的有機胺鹵與鈣鈦礦層中富余碘化鉛的界面擴散反應。

本工作運用多種高分辨率表征技術對滲透型鈣鈦礦-電子傳輸層界面的結構特性、電荷傳輸特性以及力學耐受特性等進行深入研究：

1. 結構特性：透射電子顯微鏡成像和納米尺度元素分析的結果表明了鈣鈦礦向電子傳輸層的有效滲入，合理證明了鈣鈦礦層中過量碘化鉛與電子傳輸層預留的有機鹵化物之間發生了界面反應，從而導致鈣鈦礦相滲透到電子傳輸層中，得到滲透型界面。

2. 電荷傳輸特性：紫外光電子能譜結果展示了滲透型設計對于界面的能級過渡效應。進一步地，使用開爾文探針原子力顯微鏡研究界面電勢分布，結果表明，滲透型界面處更大的電勢差與更寬的耗盡區更有利于光生載流子的分離與傳輸，這一點也在瞬態熒光光譜中該界面更快的熒光衰減得到證實。

3. 力學耐受特性：除了通過監測反復彎曲過程中柔性器件的效率，來判斷柔性器件力學耐受性之外，還對不同彎曲階段的界面進行截面掃描表征，確定微觀狀態變化。結果表明，在反復彎曲1000次后，常規薄膜中已經出現鈣鈦礦和電子傳輸層相互剝離的現象，隨著彎曲次數的增加剝離現象更加嚴重。而基于滲透型界面的薄膜雖然反復彎折后會有裂紋出現，但剝離現象明顯得到遏制。

該工作研究人員期望未來對滲透型界面的形成機理的深入研究，開發新方法以實現滲透型界面結構的精準設計，從而最大程度的增強器件效率、穩定性以及力學可靠性，為鈣鈦礦太陽能電池的市場應用開辟道路。

責任編輯：lq