欄目導航
Navigation
寧波材料所在柔性鈣鈦礦太陽能電池領域取得進展
近十年來，具有高效率和低成本特性的鈣鈦礦型太陽能電池（PSCs）受到了越來越多的關注，尤其是柔性鈣鈦礦型太陽能電池（f-PSCs）在建築一體化光伏、建築貼附式光伏、便攜式設備以及航空航天領域有廣闊的應用空間，成為了研究人員關注的熱點。雖然f-PSCs近些年來發展迅速，其光電轉化效率仍舊落後於剛性PSCs，在f-PSCs處於彎曲狀態下這種效率差距尤為明顯。
前期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人通過薄膜形貌調控、載流子傳輸層修飾和新型二維鈣鈦礦材料設計（Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416；Adv. Funct. Mater. 2022, 10, 2210600；Infomat 2022, e12379；Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630）等手段，大幅提升了柔性和剛性鈣鈦礦光伏器件的效率和穩定性。然而，較弱的激子解離能力和較差的成膜質量仍舊製約著f-PSCs的效率，對此團隊創新性地通過優化二維鈣鈦礦中有機大分子的吡啶環中的N原子位置，使大分子的偶極矩增大，實現了具有鐵電性的二維鈣鈦礦。研究發現鐵電性的二維鈣鈦礦的加入能有效增強內建電場，進而提升激子解離效率並抑製器件中的非輻射複合。在三維鈣鈦礦結晶過程中二維鈣鈦礦種子可以輔助其成為更均勻和定向程度更高的晶體薄膜，釋放薄膜中拉伸應力。因此，基於此的f-PSCs效率達到了23.08%，並且具有較好的機械穩定性，在經曆了1000次循環彎折試驗後仍舊可以保持原有能量轉化效率的85%以上。此外鐵電二維鈣鈦礦具有壓電性，在彎曲狀態下可以引起ITO/鈣鈦礦界麵的能帶彎曲降低空穴傳輸勢壘，因而該器件在拉伸應力下會呈現出更高的能量轉化效率，為開發更高效的f-PSC提供了新的思路。
相關研究成果以“Rational design of ferroelectric 2D perovskite for improving the efficiency of flexible perovskite solar cells over 23%”為題，發表於Angew. Chem. Int. Ed.（相關論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202217526），寧波材料所葛子義研究員和劉暢研究員為該論文的通訊作者，碩士生韓斌、王耀華為共同第一作者。上述工作獲得了國家傑出青年科學基金（21925506）、國家重點研發計劃（2017YFE0106000）、國家自然科學基金（51773212、81903743、22005322）、寧波市科技創新2025重大專項（2018B10055）、中國科學院前沿科學研究重點項目（QYZDB-SSW-SYS030）等的支持。
(a)新型二維鈣鈦礦的結構；(b)柔性器件的J-V曲線
（新能源所 韓斌）
