提高钙钛矿太阳能电池耐弯折性能的新思路

目前太阳能电池市场的主要产品仍以硅基太阳能电池为主,其发电技术成本远远高于传统发电方式,而以有机-无机杂化钙钛矿材料为活性层的钙钛矿太阳能电池是科学家们正在考虑的替代品。钙钛矿太阳能电池与硅基太阳能电池相比具备材料成本低廉、制造面积大、制备工艺简易、柔性等优点,使其有望成为代替硅基太阳能电池的新一代光伏电池。

自2009年Miyasaka等人将钙钛矿半导体材料应用于光伏器件起,在短短几年时间里,钙钛矿太阳能电池能量转换效率已经突破22%,这是通过调控钙钛矿组分,同时开发溶液合成技术与成膜工艺用以控制形貌来实现的。然而,由于钙钛矿太阳能电池的高温制备工艺,缺乏长期稳定性以及钙钛矿晶体的易脆性仍然限制了高效器件在柔性衬底上的大面积应用。

近日,南昌大学陈义旺教授课题组通过对钙钛矿前驱体溶液引入高弹体材料聚氨酯,在调控钙钛矿晶体成核、减缓其结晶速率的同时,提高了钙钛矿薄膜的耐弯折性能,为制备高性能柔性钙钛矿太阳能电池提供了新的思路。通过这种方法可以获得微观上具有紧凑的微米级晶粒,宏观上光滑透亮的钙钛矿薄膜,它能展现出优异的光电性能。以此制备的钙钛矿太阳能电池器件效率高达18.7%(平均18.3%),并且几乎没有光电流迟滞效应,同时在空气中也十分稳定。更重要的是,高弹体聚氨酯能够将相邻钙钛矿晶体之间的晶界粘接起来,形成聚氨酯网络,因此有效地提高了钙钛矿薄膜的耐弯折性能。研究者相信,该研究为实现钙钛矿太阳能电池用于柔性可穿戴设备提供了新的思路。

本论文发表于Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201703061)上,通讯作者为陈义旺教授和谈利承副教授,共同第一作者为南昌大学博士研究生黄增麒和中国科学院化学所博士研究生胡笑添。

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