双功能紫精修饰的全钙钛矿光伏驱动电池：高效能量转换与存储的集成突破

研究人员针对便携式电子设备中光伏驱动电池(PVB)的集成与稳定性难题，通过乙基紫精二碘化物(EVI2)的双功能调控策略，实现了钙钛矿太阳能电池(PSCs)26.11%的转换效率(PCE)和电池阴极10,000次循环89%容量保持率。该工作发表于《Nature Communications》，为自供电可穿戴设备提供了18.54%整体能效(ηoverall)的解决方案。

　　

在移动互联网与物联网时代，便携式电子设备的续航能力成为制约其发展的关键瓶颈。传统太阳能供电系统受限于光照间歇性，而独立的光伏与电池模块组合又难以满足设备小型化、柔性化的需求。钙钛矿材料因其卓越的光电特性在能源领域崭露头角，但如何实现光伏转换与电化学存储的高效协同，仍是困扰研究人员的核心难题。

发表于《Nature Communications》的这项研究开创性地提出"材料共享"策略，利用乙基紫精二碘化物(EVI₂)同时优化钙钛矿太阳能电池(PSCs)和锂离子电池性能。通过分子层面的精准调控，研究人员构建出效率达26.11%的PSCs，其96.2%的初始效率能在1000小时持续光照后保持；同时开发的EVSn₂I₆钙钛矿阴极展现出296.1 mAh g^-1的高容量和10,000次循环仅衰减0.001%/圈的惊人稳定性。

关键技术方法包括：1) 采用掠入射广角X射线散射(GIWAXS)和扫描电镜(SEM)表征材料结构；2) 通过密度泛函理论(DFT)计算揭示EVI₂/钙钛矿界面电荷转移机制；3) 开发微模块化光伏单元(4子电池)确保稳定输出电压；4) 使用改性醚基电解质(含LiNO₃添加剂)提升锂金属阳极稳定性；5) 采用聚乙烯萘二甲酸酯(PEN)柔性基底实现器件可弯曲特性。

【相互作用机制】

通过X射线光电子能谱(XPS)和开尔文探针力显微镜(KPFM)证实，EVI₂的强芳香共轭作用可改变钙钛矿表面Pb 4f电子态(143.4→143.1 eV)，使导带最小值(CBM)下移0.4 eV，界面缺陷密度降低45%。

【光伏性能】

EVI₂修饰使器件开路电压(V_OC)提升至1.162 V，填充因子(FF)达84.12%。在ISOS-L-1标准下，光致发光寿命从223.5 ns延长至457.4 ns，非辐射复合显著抑制。

【电化学性能】

EVSn₂I₆阴极通过Sn²⁺与[I₆]^4-的静电作用形成一维结构，对I₃^-的吸附能比EVI₂提高2.3倍，在5 A g^-1大电流下仍保持223.1 mAh g^-1容量。

【集成器件】

采用PET隔离层的叠层设计使刚性器件η_overall达18.54%，柔性版本在8 mm曲率半径下经1000次弯曲仍保持17.62%效率。实际应用中可连续24小时驱动穿戴式血糖监测仪。

该研究通过分子工程实现了光伏-储能界面的协同优化，其创新性体现在：1) 首次报道紫精材料在能量转换与存储中的双功能作用；2) 创下PVB器件10,000次循环的世界纪录；3) 开发出适用于曲面电子设备的柔性集成方案。这项工作为下一代自供电医疗监测设备提供了可靠的技术蓝图，标志着可再生能源利用技术向实际应用迈出关键一步。