金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其吸光系數(shù)高和楊氏模量低等特征，被用于超薄柔性太陽電池技術(shù)開發(fā)，為可穿戴電子設(shè)備、光伏建筑一體化集成(BIPV)、便攜式能源系統(tǒng)以及航空航天技術(shù)帶來了巨大的應(yīng)用前景。然而，當(dāng)前鈣鈦礦基柔性太陽電池技術(shù)因界面復(fù)雜與結(jié)構(gòu)單一等諸多問題，光伏性能一直遭受瓶頸。針對上述難題，電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院劉明偵教授團(tuán)隊圍繞更高效的柔性疊層電池結(jié)構(gòu)，先后開展了疊層電池結(jié)構(gòu)設(shè)計與復(fù)雜界面化學(xué)錨定的研究。近日，相關(guān)成果在國際高水平期刊發(fā)表。
 

　　在國際高水平期刊Nature Communications上發(fā)表的題為“Flexible Perovskite/Silicon Monolithic Tandem Solar Cells Approaching 30% Efficiency”的研究性論文，率先報道了鈣鈦礦+超薄異質(zhì)結(jié)晶硅的柔性疊層太陽電池結(jié)構(gòu)，大幅突破了柔性太陽電池效率(圖1)。材料與能源學(xué)院博士生孫印晴、研究員李發(fā)明、博士生張浩，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所劉文柱研究員為論文共同第一作者，材料與能源學(xué)院劉明偵教授、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所劉正新研究員為論文共同通訊作者，電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院為第一通訊單位。
 

圖1 鈣鈦礦+超薄異質(zhì)結(jié)晶硅柔性疊層電池示意圖及其效率指標(biāo)的先進(jìn)性
 

　　圍繞傳統(tǒng)柔性太陽電池材料效率低的問題，率先開展了鈣鈦礦+超薄異質(zhì)結(jié)晶硅的柔性疊層太陽電池結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過在晶硅絨面金字塔結(jié)構(gòu)上制備相均一的鈣鈦礦薄膜，緩釋了鈣鈦礦/超薄晶硅界面的殘余應(yīng)力，同時實現(xiàn)了高效光生載流子傳輸，大幅提升鈣鈦礦基柔性疊層電池認(rèn)證效率至29.88%，效率超過當(dāng)前報道的各類型柔性鈣鈦礦基太陽電池。更重要的是，該柔性疊層電池在彎曲曲率為0.44 cm?1的條件下，彎曲/回復(fù)交替2000次后效率幾乎無衰減。該結(jié)果不僅揭示了柔性疊層電池中制備相均勻鈣鈦礦薄膜的重要性，而且驗證了傳統(tǒng)晶硅與新興鈣鈦礦光伏材料柔性化結(jié)合的可行性，推動了高效柔性疊層太陽電池技術(shù)的發(fā)展。

 

　　在國際高水平期刊Advanced Materials上發(fā)表的題為“Bilateral Anchoring for Enhanced Mechanical Stability and Efficiency in Flexible all-Perovskite Tandem Solar Cells”的研究性論文，提出了一種適用于柔性疊層電池復(fù)雜界面的雙邊錨定策略(圖2)。材料與能源學(xué)院博士生耿樂為論文第一作者，李發(fā)明研究員、劉明偵教授為論文共同通訊作者，電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院為唯一通訊單位。
 

　　圖2 柔性鈣鈦礦疊層太陽電池界面雙向錨定構(gòu)筑的示意圖及2-BH在界面的化學(xué)錨定分析
 

　　針對柔性鈣鈦礦疊層太陽電池?zé)崤蛎?收縮過程界面晶格失配大、載流子復(fù)合嚴(yán)重以及界面粘附性弱等復(fù)雜問題，提出了一種分子層級的界面雙向錨定策略，在鈣鈦礦/空穴傳輸層(PEDOT:PSS)界面處構(gòu)筑2-溴乙胺氫溴酸鹽(2-BH)分子鏈接層，2-BH的引入不僅能與PEDOT:PSS和鈣鈦礦層形成牢固的鍵合，從而增強界面附著力和電荷傳輸；而且可以抑制窄帶隙鈣鈦礦中Sn2+的氧化，顯著改善鈣鈦礦薄膜的形貌和結(jié)晶性。通過上述界面雙向錨定策略，實現(xiàn)了高效穩(wěn)定的柔性全鈣鈦礦疊層太陽能電池，為鈣鈦礦基柔性疊層電池界面設(shè)計與優(yōu)化提供了有價值的參考。