《Journal of Energy Chemistry》：Interfacial mechanical degradation and active recovery in efficient flexible perovskite solar cells
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摘要柔性钙钛矿太阳能电池（f-PSCs）的商业化从根本上受制于机械不稳定性，然而其微观起源——特别是在电荷提取界面处——仍难以捉摸。本研究中，我们首先将电极损伤与固有界面退化解耦，确定了钙钛矿/电荷传输层界面是反复弯曲下的主要失效位点。利用集成了载流子动力学分析的原位微纳光致
摘要
柔性钙钛矿太阳能电池（f-PSCs）的商业化从根本上受制于机械不稳定性，然而其微观起源——特别是在电荷提取界面处——仍难以捉摸。本研究中，我们首先将电极损伤与固有界面退化解耦，确定了钙钛矿/电荷传输层界面是反复弯曲下的主要失效位点。利用集成了载流子动力学分析的原位微纳光致发光/光电流映射平台，我们在完整器件中对这些关键界面处的退化过程进行了可视化和量化研究。我们发现，电子传输层/钙钛矿界面在弯曲早期阶段经历突然的脆性失效，而钙钛矿/空穴传输层界面则表现出渐进的韧性分层。基于这一机理认识，我们开发了一种压力辅助恢复策略，有效地部分恢复了器件效率。本工作不仅阐明了机械失效的界面根源，还为提升柔性光电子器件的可靠性建立了"机理指导型修复"范式。
引言
开发兼具高效率与卓越机械可靠性的柔性光电子器件，对于推动可穿戴、可卷曲及物联网技术的发展至关重要[1]。在众多候选材料中，金属卤化物钙钛矿（MHP）已成为柔性光伏的领先平台，展现出卓越的光电转换效率（PCE）、优异的弯曲耐受性和高功率重量比[2]、[3]。然而，其在动态弯曲应力下不可逆的性能退化仍是商业化的根本障碍[4]。这一机械稳定性挑战并非柔性钙钛矿太阳能电池（f-PSCs）独有，而是所有柔性多层薄膜器件共同面临的核心问题：多层界面在复杂应力下的演变及其与宏观性能衰减之间的关联仍然知之甚少。
目前对f-PSCs机械稳定性的理解主要依赖于弯曲循环后的事后形貌分析（如裂纹观察）或对宏观性能参数（如PCE）的追踪[5]、[6]。虽然此前的研究已识别出电极脆性[7]、[8]和界面脆弱[9]、[10]作为潜在失效来源，但未能提供对完整器件中导致性能退化的初始微观事件的原位、无损、时空分辨率观测。传统的表面探测技术，如原子力显微镜（AFM）[11]、[12]和扫描电子显微镜（SEM）[13]，受限于其表征条件要求，不适合对完整器件堆叠内特定功能界面进行动态监测[14]。微观机理与宏观现象之间的这种脱节，使得性能优化策略——如引入柔性添加剂[15]、[16]、[17]、[18]、[19]或增强界面粘附力[20]、[21]、[22]、[23]、[24]——在很大程度上仍停留在经验层面，缺乏针对失效根源的指导。因此，一个关键的科学问题仍然存在：如何排除电极基底（通常为脆性氧化铟锡（ITO））损伤的影响？那么f-PSCs在弯曲过程中内部固有失效的起源是什么，又是如何动态演变的？回答这些问题对于推动该领域从"定性增强"向"机理指导型理性设计"发展至关重要。
本研究将关注点从传统的事后结构分析转变为原位动态界面诊断，采用多模态微/纳尺度光致发光/光电流（PL/PC）表征平台。通过系统的应变工程，我们成功定义了操作窗口，将柔性ITO电极损伤与内部MHP界面退化解耦。聚焦于后者，我们在完整f-PSCs中进行的时空分辨映射直观揭示了MHP/电荷传输层（CTL）界面处隐藏的性能退化全景。我们定量解析了高度不对称的退化路径：脆性电子传输层（ETL）/MHP界面处的快速断裂式失效，以及韧性MHP/空穴传输层（HTL）界面处的疲劳式渐进分层。更重要的是，基于对界面失效机理的理解，我们提出并验证了一种简单有效的压力辅助界面恢复策略，显著恢复了因机械弯曲而退化的光伏性能。因此，本研究为理解和优化各类柔性多层光电子器件的机械可靠性提供了通用工具与方法，为其最终商业化奠定了坚实的科学基础。
章节片段
材料
所有化学试剂和材料均为商品化采购，未经进一步纯化。N、N-二甲基甲酰胺（DMF，无水，99.8%）、二甲基亚砜（DMSO，无水，≥99.9%）、氯苯（CB，无水，99.8%）和乙腈（ACN，99.8%）购自Sigma-Aldrich。SnO2胶体（氧化锡(IV)）前驱体（15 wt%水胶体分散液）购自Alfa Aesar。2,2',7,7'-四(N,N-二甲氧苯基氨基)-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD，
界定电极受限与内部受限退化区间
f-PSCs的机械不稳定性可来源于两个主要方面：（1）透明ITO电极固有的脆性，其在弯曲下开裂并增加方阻（Rsq）[25]、[26]；（2）器件内部MHP及相关界面的不稳定性，其中微裂纹扩展或粘附不良导致失效[10]、[27]、[28]。然而，在常规弯曲测试中，性能退化难以明确归因于某一方来源，从而掩盖了
结论
本研究系统阐明了高效f-PSCs在循环机械弯曲下的退化机理，并建立了恢复策略。我们首先将电极损伤与固有界面退化解耦，定义了一个界面效应占主导的实验窗口。利用原位微纳光电表征，我们直接观察到弯曲诱导的特征信号：光电流均匀下降同时伴随
CRediT作者贡献声明
荣世奇：论文撰写——初稿，可视化，验证，方法学，调查研究，形式化分析，数据管理。张玲辉：论文撰写——初稿，形式化分析。董庆顺：论文撰写——审阅与编辑，指导，资源获取，项目管理，资金获取，概念设计。许鹏：软件，方法学。赵胜利：方法学。孙枫科：软件，方法学。范天乐：方法学。梁永福：方法学。金圣野：资源，资金
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报道的工作。
致谢
本工作得到中国科学院战略性先导科技专项（XDB0970302）、中国科学院青年科学家基础研究项目（YSBR-007）、国家自然科学基金（22233005、52502315和52272193）、辽宁省自然科学基金（2024JH3/50100010）、辽宁振兴人才计划（XLYC2203043）、大连市科技创新基金（2024RJ006）以及大连化物所资助（I202315、I202463）的支持。
荣世奇是中国科学院大连化学物理研究所博士研究生。她的研究兴趣聚焦于通过载流子动力学和光/电映射研究柔性钙钛矿太阳能电池的机械稳定性。
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