給柔性鈣鈦礦太陽能電池安上“水泥”支架
近年來，柔性鈣鈦礦太陽能電池由于其可溶液加工、質輕、成本低等優(yōu)勢，有望成為可持續(xù)發(fā)展可拉伸應用的光伏技術。然而，機械柔韌性和環(huán)境穩(wěn)定性難以兼具限制了柔性鈣鈦礦太陽能電池進一步的發(fā)展應用。針對上述問題，南昌大學教授陳義旺、研究員胡笑添團隊聯合中國科學院化學研究所研究員宋延林課題組，受混凝土增韌結構啟發(fā)，將帶有磺酸基的磺化氧
近年來，柔性鈣鈦礦太陽能電池由于其可溶液加工、質輕、成本低等優(yōu)勢，有望成為可持續(xù)發(fā)展可拉伸應用的光伏技術。然而，機械柔韌性和環(huán)境穩(wěn)定性難以兼具限制了柔性鈣鈦礦太陽能電池進一步的發(fā)展應用。
針對上述問題，南昌大學教授陳義旺、研究員胡笑添團隊聯合中國科學院化學研究所研究員宋延林課題組，受混凝土增韌結構啟發(fā)，將帶有磺酸基的磺化氧化石墨烯(s-GO)通過與鈣鈦礦前驅體材料相互作用，形成具有“水泥”支架結構的晶界。這種方法可以同時增強鈣鈦礦薄膜的結晶度，并鈍化黏結晶界。相關論文近日發(fā)表于《科學通報》。
可拉伸基底上晶體的脆性和鈣鈦礦的差結晶性，會造成柔性器件不可避免的性能損失和急速下降的穩(wěn)定性。實際上，水分子往往是從鈣鈦礦薄膜的晶界處侵襲使得薄膜開始降解的，而晶界也是薄膜力學性能最差、最容易斷裂的部分。
研究顯示，帶有s-GO的可拉伸柔性鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定效率為20.56% (1.01平方厘米)，回滯現象可實現消除，并和剛性基底上的性能相當。其中，s-GO中的磺酸基與晶界處的碘化鉛形成的復合物(s-GO-PbI2)能有效鈍化碘離子缺陷，同時提高結晶性，使得器件性能明顯提升。
最重要的是，s-GO-PbI2作為一種不溶于水的含氧酸鉛鹽，以“水泥”支架的形式填充在晶界，釋放機械應用，并黏結晶界處的裂紋，使得晶界處的剛性和疏水性能大幅度提高，大大提升了柔性鈣鈦礦太陽能電池的機械耐彎折性和環(huán)境穩(wěn)定性。
通過多次試驗發(fā)現，該電池經過上萬次極限彎折半徑循環(huán)處理后，仍能保持初始效率的80%以上，并克服了大角度彎折的挑戰(zhàn)(在彎折角度到達70度時還有18.15%的效率)。此外，在環(huán)境條件下存放180天后，依然有原始效率的90%。這種巧妙的反向增強晶界力學性能來提高薄膜耐彎折性的策略，將為柔性可拉伸電子設備的開發(fā)提供新的方法。
作者：李木子 來源：中國科學報 責任編輯：jianping
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