柔性鈣鈦礦太陽能電池研發取得進展

近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所納米調控與生物力學研究室在柔性鈣鈦礦太陽能電池研發方面獲得新進展。相關研究成果以Highly flexible, robust, stable and high efficiency perovskite solar cells enabled by van der Waals epitaxy on mica substrate（《在雲母襯底上通過范德瓦爾斯外延技術實現高靈活、穩定、高效的柔性鈣鈦礦太陽能電池》）為題，在線發表於《納米能源》（Nano Energy, 2019, 60, 476-484）。

伴隨智能電子工業的快速發展，柔性可穿戴電子成為未來電子元器件發展的熱點領域，電源是其重要的組成部分。目前，電源對可穿戴電子的戶外使用性、大面積貼合性和安全性有較大限制。可穿戴電子紡織品的需求度不斷增加，因此柔性太陽能電池受到了越來越多的關注。鈣鈦礦太陽能電池因其高效率、低成本和靈活的製備方法而廣泛用於柔性電池的製造。柔性襯底是決定柔性鈣鈦礦太陽能電池性能的關鍵因素。目前用於柔性器件製備的襯底主要為聚合物襯底，當達到臨界彎曲半徑時，其透明導電層發生斷裂，導致光電性能發生嚴重衰減，同時水分子極易穿過聚合物襯底，影響電池的機械和鈣鈦礦長期穩定性。

為解決上述問題，納米調控與生物力學研究室與石家莊鐵道大學、台灣交通大學聯合研究團隊在透明雲母襯底上開發出高度柔性、穩定且高效的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）。其最佳光電轉換效率（PCE）為18.0％；彎曲半徑小至5mm，在5000次彎曲循環後保持原有效率的91.7％。其優良性能主要由於雲母層間的范德華力降低了襯底對PSC器件的機械約束，使其具有更高的機械彎曲性能。該工作為柔性電池的研究提供了新思路。

該工作得到深圳孔雀計劃等支持。

圖(a)為柔性電池照片；圖(b)為器件斷面TEM照片；圖(c)為電池性能J-V曲線；圖(d)為器件彎曲耐久性測試結果；圖(e)為器件疲勞測試結果；圖(f)為濕熱測試結（85 °C，85％ RH）。

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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