給柔性鈣鈦礦太陽能電池 架上“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(zhì)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)定性的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(lián)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(qū)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。相關論文已發(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% （1.01cm2），回滯現(xiàn)象可實現(xiàn)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和環(huán)境穩(wěn)定性。

通過多次試驗發(fā)現(xiàn)，該電池經(jīng)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。