Small Methods: 柔性钙钛矿太阳能电池的器件设计及发展策略

有机无机杂化钙钛矿(如CH3NH3PbI3)材料具有优异的物理光伏特性,近年来,基于此类钙钛矿材料的太阳能电池取得了迅猛发展,实现了超过22 %的光电转化效率,俨然成为光伏领域的后起之秀。鉴于钙钛矿材料可低温溶液加工以及杰出的光伏特性,在这期间,钙钛矿太阳能电池的柔性制备也引起了广泛关注。与刚性电池相比,柔性钙钛矿太阳能电池在便携及穿戴集成等领域有着广阔的应用前景。然而,不同于刚性衬底宽广的热加工窗口,轻便柔性衬底热加工耐受力差,此外,传统透明导电氧化物电极在弯曲中易碎,这些都为构筑高效柔性钙钛矿太阳能电池带来挑战。在其飞速发展进程中,电池器件结构及各功能层材料的筛选和优化极大地推动了高效柔性钙钛矿太阳能电池的演进。

近日,香港理工大学的郑子剑教授课题组综述了这几年柔性钙钛矿太阳能电池的研究进展,着重总结了它的器件设计及发展策略。文章中,首先强调了钙钛矿太阳能电池适合进行柔性制备的物理及加工基础,详细分析了其低温溶液加工特性,优异的光伏及力学性质。随后,作者剖析了构筑柔性器件的各功能层,包括钙钛矿活性层,支撑衬底,透明电极以及电荷传输层,系统地阐述了各层的作用,构筑柔性器件的要求以及相关发展。同时,突出分析了透明导电金属氧化物电极限制器件柔性,以及梳理了打破瓶颈,发展其它类型高柔性电极及器件的研究成果。紧接着,文章总结了一些高阶可拉伸柔性钙钛矿太阳能电池的研究突破,探讨了它们将来在可穿戴应用中的潜在前景。最后,该综述总结了截止目前柔性钙钛矿太阳能电池发展进程中的主要里程碑式成就,并探讨了将来其实现实际应用面临的挑战,以及针对当前问题,未来可行的研究方向。

相关综述文章发表在 Small Methods(DOI:10.1002/smtd.201800031)上,题为“Flexible and Stretchable Perovskite Solar Cells: Device Design and Development Methods”。

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