南昌大學(xué)，江西師范大學(xué)，北京大學(xué)，東華大學(xué)，沙特阿拉伯達(dá)蘭沙特阿拉伯國王石油與礦產(chǎn)大學(xué)和上海交通大學(xué)的科學(xué)家受生物互鎖機(jī)制的啟發(fā)，在鈣鈦礦前驅(qū)體墨水中合成了機(jī)械互鎖網(wǎng)絡(luò)，以構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)固定鈣鈦礦膠體顆粒，從而抑制打印過程中的顆粒聚集。動態(tài)網(wǎng)絡(luò)能夠在剪切誘導(dǎo)流動下實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦膠體顆粒的均勻共沉積，產(chǎn)生高質(zhì)量晶體薄膜，并提升光電性能。使用機(jī)械互鎖網(wǎng)絡(luò)摻雜的前驅(qū)體墨水制備的柔性鈣鈦礦太陽能電池表現(xiàn)出優(yōu)異性能，小型器件(0.10 cm2)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的功率轉(zhuǎn)換效率26.22%。

柔性鈣鈦礦太陽能器件的光伏性能和運(yùn)行穩(wěn)定性。a、柔性鈣鈦礦太陽能電池(PSC)的示意結(jié)構(gòu)。b、柔性PSC的J–V曲線，測試面積為0.1 cm2。VOC，開路電壓;FF，填充因子。(消息來源：Nature Synthesis https://doi.org/10.1038/s44160-025-00904-6)

柔性鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了高效的可彎曲能量轉(zhuǎn)換，為下一代可穿戴設(shè)備提供可能。然而，從實(shí)驗(yàn)室原型向工業(yè)規(guī)模模塊的過渡受到打印過程中鈣鈦礦膠體顆粒沉積不均的阻礙，導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換效率下降。在本研究中，受到榫卯結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，科學(xué)家采用無催化劑縮合反應(yīng)，將一個裝飾有兩個乙酰乙酸基團(tuán)的[2]輪烷單體與兩種多胺單體(1.14-二氨基-3.6.9.12-四氧十四烷和三(2-氨基乙基)胺)反應(yīng)，以生成機(jī)械互鎖網(wǎng)絡(luò)(MINs)23.24.通過將MINs引入鈣鈦礦前驅(qū)體墨水中，形成三維(3D)網(wǎng)絡(luò)，在打印過程中有效地固定鈣鈦礦膠體顆粒。這確保了膠體顆粒被鎖定在溶液中，防止其發(fā)生不希望的聚集或遷移。在打印過程中，膠體顆粒通過與MINs的相互作用附著在聚合物網(wǎng)絡(luò)上。在剪切力作用下，聚合物網(wǎng)絡(luò)膨脹并促進(jìn)膠體顆粒在基底上的共同沉積。所形成的均勻3D網(wǎng)絡(luò)保證了顆粒均勻沉積，這是制備高質(zhì)量晶體薄膜的關(guān)鍵因素。這種晶體質(zhì)量的改善不僅提升了器件性能，還顯著增強(qiáng)了柔性鈣鈦礦太陽能電池的長期穩(wěn)定性。

采用這種策略通過彎月面涂布制備的柔性PSC小型器件(0.10 cm2)效率達(dá)到26.22%，大型PSC(1.01 cm2)效率達(dá)到24.50%，表現(xiàn)出卓越的效率水平，大型模塊(100 cm2)達(dá)到19.44%，同時在長期操作穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度方面也有顯著提升。

此外，PSCs在連續(xù)光照一千小時且使用最大功率點(diǎn)跟蹤的條件下，仍能保持其初始效率的93.9%。本研究為高質(zhì)量、均勻沉積的柔性光伏器件的發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)，推動了印刷制造技術(shù)的發(fā)展，加速了高性能柔性PSC的商業(yè)化進(jìn)程。