综述：柔性钙钛矿太阳能电池：近期突破、关键挑战与未来展望

《Surfaces and Interfaces》：Flexible Perovskite Solar Cells: Recent Breakthroughs, Key Challenges, and Future Perspectives

本综述系统评述了柔性钙钛矿太阳能电池（f-PSCs）的最新研究进展，重点分析了金属卤化物钙钛矿（MHP）材料与柔性器件的兼容性，探讨了界面工程、材料选择和低温制备等关键技术突破，并针对商业化面临的机械耐久性与结晶控制等挑战提出了前瞻性解决方案。

　　

柔性钙钛矿太阳能电池作为新一代光伏技术，凭借其轻质、可弯曲及可低温溶液加工的特性，在可穿戴电子、航空航天和建筑一体化光伏等领域展现出巨大应用潜力。当前刚性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）已接近27%，而柔性器件最高效率达20.75%（n-i-p结构）和21.3%（柔性基底串联结构），仍存在明显差距。究其原因，柔性基底耐温性差限制了电子传输层（如TiO₂、SnO₂）的高温制备，同时界面残余应力、杨氏模量失配及电荷复合损失等问题制约了性能提升。

低结晶温度

金属卤化物钙钛矿（MHP）的低结晶温度特性是其适用于柔性器件的关键优势。例如MAPbI₃薄膜可在100°C退火形成立方相晶体，远低于无机钙钛矿的成相温度，使其能够与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等耐热性差的柔性基底兼容。

机械灵活性

钙钛矿薄膜的机械性能直接影响器件的弯曲寿命。研究表明，通过分子工程调控钙钛矿晶界和界面结合能，可显著提升薄膜的抗疲劳强度，使其在反复弯曲条件下保持结构完整性。

冠军器件架构与材料选择

目前效率最高的柔性器件多采用n-i-p结构，其关键在于选择高透光率的柔性基底及低温处理的电子传输层（ETL）。相比之下，p-i-n结构需透明空穴传输层（HTL），效率略逊但更适合卷对卷工艺。近期突破包括利用硼酸衍生物（如4-BBA）钝化Pb²⁺缺陷并调控FA⁺阳离子结晶取向，实现了倒置结构f-PSCs的界面稳定性提升。

柔性基底的选择

柔性基底主要分为聚合物基底（如PET）、金属箔、纤维状基底等类型。其中聚合物基底因透光性和柔韧性最佳被广泛应用，但需匹配低温（<150°C）制备的电荷传输层。金属箔基底虽耐高温却不透光，需采用不透明器件架构。

迈向冠军级柔性钙钛矿太阳能电池

自2015年f-PSCs效率突破10.75%以来，通过协同优化各功能层材料与界面，六年内效率提升至20.75%。关键进展包括：开发低温SnO₂电子传输层、引入两性离子钝化分子抑制界面缺陷、优化钙钛矿结晶动力学以形成致密无孔洞薄膜等。

倒置（p-i-n）柔性器件的进展

在倒置结构中，PEDOT:PSS基空穴传输层可实现90°C低温制备，显著降低热应力。通过羧基与Pb²⁺的路易斯酸-碱作用及羟基与FA⁺的氢键协同钝化，有效抑制了离子迁移和 vacancies缺陷，使器件在弯曲循环测试中保持90%初始效率。

柔性钙钛矿串联太阳能电池

柔性钙钛矿/硅、钙钛矿/CIGS等串联结构通过能带梯度设计拓宽光吸收范围，目前已实现21.3%的效率。但柔性串联器件面临子电池电流匹配、互连接口光学损失等挑战，需开发低损伤沉积工艺和应力缓冲层。

结论与展望

柔性钙钛矿太阳能电池虽在效率与机械稳定性方面取得显著进展，但大规模印刷时的性能衰减及户外耐久性仍是商业化瓶颈。未来需聚焦以下方向：开发本征柔性钙钛矿材料体系、设计多级界面应力缓冲结构、推进卷对卷（R2R）工艺标准化，以及探索与电子皮肤（e-skin）、智能纺织品等新兴应用的集成方案。