钙钛矿太阳能技术在过去十年间取得了显著进展，从基础科学研究迅速扩展至器件工程领域。该技术在超薄柔性基底上的应用展现出卓越的功率重量比（power-to-weight ratio），相较于传统光伏系统具有独特优势，为光伏的集成与应用提供了新的可能性，包括建筑集成光伏（BIPV）、建筑附加光伏（BAPV）以及物联网（IoT）等多个领域。
近年来，柔性基底钙钛矿太阳能技术的研究取得了一系列突破，但在实际应用中仍然面临诸多挑战。研究人员需要深入探索材料科学，以理解限制柔性基底钙钛矿太阳能电池效率的关键机理，并分析阻碍其规模化制备的物理机制。与刚性基底相比，柔性钙钛矿光伏器件在稳定性、界面工程和机械耐久性等方面存在更高的技术要求，如何优化材料配方和器件结构以提高稳定性成为研究重点。
在可靠性测试方面，稳定性评估已成为柔性钙钛矿光伏组件研发的重要环节。标准化测试流程和技术规范的制定有助于评估其长期性能，同时，柔性器件在弯折过程中可能出现的额外退化问题也需要特别关注。研究人员正在探索通过专用封装（ad-hoc encapsulation）技术来降低器件的退化速率，提高耐久性和环境适应性，以确保柔性光伏组件在实际应用中的可行性。
与此同时，柔性钙钛矿太阳能技术在市场化方面也取得了积极进展。当前的研究和产业布局正在推动该技术在柔性基底上的应用，但仍存在一些关键问题有待突破，例如器件的规模化生产、稳定性提升以及制造成本的优化等。这些挑战需要学术界、产业界及政策制定者的共同关注，以加速柔性钙钛矿光伏技术的商业化进程，并推动其在新能源领域的广泛应用。
为此，北卡罗纳大学教堂山分校Luigi Angelo Castriotta和黄劲松等人总结了钙钛矿太阳能技术在柔性基板上的最新进展，重点讨论了研究人员在使用柔性基板时面临的挑战。深入材料科学是理解哪些机制限制了与刚性基板相比的效率的必要步骤，以及哪些物理机制限制了在柔性基板上的规模化。此外，该研究团队还根据柔性模块的稳定性测试，提出常见的标准程序和指南，展示柔性模块在弯曲时面临的额外问题，并提出通过定制封装来防止器件退化的解决方法。
相关研究在《Advanced Materials》发文，题为"Transition of Perovskite Solar Technologies to Being Flexible"。
背景介绍
在过去四年中，柔性钙钛矿太阳能电池（fPSCs）和柔性钙钛矿太阳能模块（fPSMs）取得了显著进展。研究的重点主要集中在探究限制该技术发展的关键机制。许多研究人员深入研究了柔性器件的物理机制。自2013年Docampo等人首次报道基于PET基底的柔性钙钛矿太阳能电池（PCE达6%）以来，研究的核心方向一直围绕钙钛矿技术的高适应性以及其在各种基底上的可加工性。相关研究指出，刚性基底与柔性基底的主要差异体现在钙钛矿薄膜的成膜质量较差以及表面覆盖率较低，进而导致器件的填充因子（FF）和短路电流密度（Jsc）下降。
然而，目前对刚性与柔性基底之间的核心差异仍缺乏全面的理解。
针对柔性基底的特殊挑战主要包括：管理热膨胀与收缩，确保器件在应变下的电学稳定性，以及防止机械失效，如裂纹与分层等问题。此外，研究人员还面临如何优化各层的均匀成膜工艺，以最大程度减少空隙和针孔缺陷。这涉及从基底选择、载流子传输层（HTL/ETL）材料的能带匹配分析，到钙钛矿材料的筛选和改性，例如引入HTL/ETL钝化剂及钙钛矿添加剂以改善其物理和机械性能。
为了降低柔性太阳能电池的平准化度电成本（LCOE），必须确保器件在实际工作环境下的长期稳定性。该论文提出了一种系统性的策略，通过在钙钛矿前驱体墨水中引入含有强结合基团（─COO─、─PO2OH、─NH2、─SO2OH）的直链双功能配体（碳链长度C2-C4），改善器件的稳定性和耐久性。这些配体可嵌入钙钛矿晶格，填充晶界，并修饰钙钛矿的上下界面，从而提升底界面、顶界面及晶界的结合强度。这一策略能够有效提高柔性钙钛矿太阳能电池的机械稳定性，同时保持高光电转换效率。
在器件制造过程中，研究人员面临的一系列挑战包括：如何实现均匀成膜，确保层间强结合力，以及管理由于机械应力导致的裂纹与分层问题。此外，由于柔性基底对温度敏感，低温加工技术至关重要，以避免基底损伤。在从刚性基底过渡到柔性基底的过程中，还需克服导电层的图案化问题，避免加工过程中的机械应力诱发材料开裂。同时，确保柔性基底具有高电导率对于提升能量转换效率至关重要，但受限于材料的固有特性，这仍然是一个关键挑战。未来，需要进一步优化导电层的均匀性，以适应大面积生产，并确保器件性能在规模化制造过程中保持稳定。
图文导览 
a) 柔性钙钛矿太阳能技术中采用的器件结构：从左至右分别为PIN、NIP以及叠层器件架构。b) 重点需要解决的问题，以减少刚性与柔性基底之间的性能差距（自下而上）：柔性基底的选择；柔性基底与透明导电氧化物（TCO）之间的接触，其中基底弯曲会改变ITO的片电阻；TCO与空穴传输层（HTL）/电子传输层（ETL）之间的接触，主要问题在于界面存在空隙以及层间结合力较弱；HTL/ETL与钙钛矿层（埋藏界面）之间的接触，其中钙钛矿层可能存在对位偏差，导致界面空隙及HTL/ETL与钙钛矿之间的结合力不足。
a) 单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）超过 20% 及其组件性能表现。b) 基于柔性基底的钙钛矿太阳能电池及组件的光伏性能。c) 柔性钙钛矿太阳能电池的有效光照采集区域示意图，其中 P1、P2 和 P3 代表器件制造过程中的关键工艺步骤。d) 钙钛矿太阳能组件的实物图。e) 电极接触拓扑结构概述，展示不同层间的界面特性。f) 柔性基底的载流子传输机理概述，阐述其对器件性能的影响。 
a) 针对柔性钙钛矿技术在研究领域截至 2024 年 11 月取得的最佳成果所进行的机械测试总结。其中，r 代表以毫米（mm）为单位测量的弯曲半径。b) 提出的 ISOS-M 机械测试标准机制示意图，展示单个机械测试循环过程，其中柔性器件从平面状态弯曲至固定弯折位置，适用于凸弯（外弯）和凹弯（内弯）测试条件。c) 提出的 ISOS-B 机械测试标准机制示意图，展示柔性器件从平面状态逐步弯曲至 1 mm 弯曲半径的过程。
（来源：柔性电子及可穿戴）
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