隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，便攜式、功能性和可穿戴電子設(shè)備的需求增加。具有高功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）、重量輕、低溫可加工性、固有靈活性以及與曲面的兼容性的柔性鈣鈦礦太陽能電池（f-PSC）在建筑集成光伏、無折疊飛行器、智能汽車和可穿戴電子設(shè)備的應(yīng)用中備受關(guān)注。然而，由于鈣鈦礦的晶界易斷裂、難以修復(fù)，以及鈣鈦礦薄膜在反復(fù)彎曲循環(huán)后與相鄰載流子傳輸層的機械粘附性較差，致使鈣鈦礦易碎、光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）低和重現(xiàn)性差。
中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員葛子義帶領(lǐng)的有機光電材料與器件團隊，通過薄膜形貌調(diào)控、新型二維鈣鈦礦材料設(shè)計和載流子傳輸層修飾等手段，提升了剛性和柔性鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性。近日，針對鈣鈦礦薄膜缺陷多和傳統(tǒng)柔性鈣鈦礦太陽能電池的機械柔韌性差的問題，該團隊基于偶極矩工程設(shè)計了一系列氰基衍生物作為鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的添加劑?？蒲腥藛T通過氰基縫合鈣鈦礦的鉛缺陷和氟原子調(diào)控氰基衍生物的偶極以及與鈣鈦礦生成氫鍵，在鈍化鈣鈦礦缺陷的同時釋放鈣鈦礦薄膜的應(yīng)力，降低了鈣鈦礦薄膜的楊氏模量，增強了鈣鈦礦薄膜的柔韌性。同時，這一系列氰基衍生物可削弱電荷載流子與縱向光學聲子之間的相互作用，進而促進載流子的提取和傳輸。該工作獲得了效率達24.08%的柔性鈣鈦礦太陽能電池，是目前公開報道的柔性鈣鈦礦太陽能電池的最高效率。器件經(jīng)過3000次彎折，可保持初始效率的92%。該工作為添加劑工程中材料設(shè)計、機械柔韌性和應(yīng)力消除提供了新見解，為開發(fā)先進的柔性鈣鈦礦太陽能電池提供了可靠方法。
相關(guān)研究成果以Molecular dipole engineering assisted strain release for mechanically robust flexible perovskite solar cells為題，發(fā)表在《能源與環(huán)境科學》（Energy & Environmental Science）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。
▲圖1. 氰基衍生物的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計和偶極矩調(diào)控
▲圖2. 氰基衍生物降低鈣鈦礦薄膜楊氏模量和釋放不同深度鈣鈦礦薄膜應(yīng)力
▲圖3. 柔性鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換效率和相關(guān)載流子動力學表征結(jié)果
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