寧波材料所在高效穩(wěn)定柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其擴(kuò)展制備方面取得進(jìn)展

　　光伏技術(shù)是應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和氣候變化、實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”的重要解決方案，其中，柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(F-PSCs)因其相比于傳統(tǒng)的晶硅太陽(yáng)能電池具有高功質(zhì)比、可低溫/溶液加工、超薄輕柔等突出優(yōu)勢(shì)，在可穿戴/便攜式設(shè)備移動(dòng)電源、建筑光伏一體化、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，鈣鈦礦在柔性襯底上的成膜結(jié)晶質(zhì)量差、機(jī)械穩(wěn)定性和運(yùn)行穩(wěn)定性亟需改良、大面積擴(kuò)展制備可靠性有待提高，這些問(wèn)題對(duì)F-PSCs的真正商業(yè)化提出了重要挑戰(zhàn)。
 

　　針對(duì)上述關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所有機(jī)光電材料與器件團(tuán)隊(duì)在葛子義研究員的帶領(lǐng)下，前期在薄膜結(jié)晶形貌及應(yīng)力調(diào)控、新型空穴傳輸層材料設(shè)計(jì)、自修復(fù)F-PSCs等方面進(jìn)行了深入研究(Joule. 2024, 8(4):1120-1141; Adv. Mater. 2024, 36(38):2407032; Adv. Mater. 2024, 2311473; Energy Environ. Sci. 2023, 16(11):5423-5433)。近日，基于原位交聯(lián)策略在改善柔性鈣鈦礦的成膜與穩(wěn)定性方面的突出表現(xiàn)，針對(duì)已有原位交聯(lián)策略需高溫、引發(fā)劑引發(fā)且功能性不足的矛盾，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種功能性可交聯(lián)單體(FTA)。FTA的聚合反應(yīng)是一條低溫且無(wú)需引發(fā)劑的路線，其原位交聯(lián)反應(yīng)可輔助柔性襯底上鈣鈦礦的結(jié)晶，有助于得到高質(zhì)量、結(jié)晶性好的柔性鈣鈦礦薄膜。觀察到交聯(lián)后的單體[CL(FTA)]沿著晶界分布，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)化學(xué)鈍化和晶界調(diào)控，將分散的晶粒緊密連接起來(lái)，從而有效抑制非輻射復(fù)合損失并釋放薄膜內(nèi)部殘余應(yīng)力、改善薄膜的本征脆性?；诖耍瑑?yōu)化后的F-PSCs光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了24.64%(經(jīng)認(rèn)證為24.08%)，是當(dāng)前反式結(jié)構(gòu)F-PSCs的最高值，并表現(xiàn)出杰出的運(yùn)行穩(wěn)定性和機(jī)械耐久性，在最大功率點(diǎn)連續(xù)追蹤1000小時(shí)和彎折循環(huán)10000次后，仍能保持初始效率的90%以上。值得一提的是，該策略還表現(xiàn)出良好的擴(kuò)展制備可靠性，所制備的10.24cm2柔性模組實(shí)現(xiàn)了17.13%的優(yōu)異效率，推動(dòng)了F-PSCs的商業(yè)化進(jìn)程。
 

　　相關(guān)成果“Chemical passivation and grain-boundary manipulation via in situ cross-linking strategy for scalable flexible perovskite solar cells”為題發(fā)表在Science Advances上(DOI: 10.1126/sciadv.adr2290)。寧波材料所碩士生張維福、劉健為該論文的共同第一作者，寧波材料所宋偉博士后、楊孟錦研究員、葛子義研究員為本文通訊作者。該研究得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金(21925506)、國(guó)家自然科學(xué)基金(22309196、22279152、62275251)、中國(guó)博士后科學(xué)基金(2023M743625)、寧波市“甬江引才工程”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2023D-002-02)的支持。
 

　　圖1 (a)原位交聯(lián)策略輔助柔性襯底上的結(jié)晶和晶界操控示意圖; (b)可擴(kuò)展性展示