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华中科技大学王鸣魁教授NML:大面积、高稳固柔性钙钛矿光伏工业化机缘与挑战

揭晓时间 :2023-12-25 作者 :高分子科学前沿 泉源 :高分子科学前沿

柔性钙钛矿太阳能电池(F-PSCs)具有质轻、高功率质量比、与曲面兼容等奇异优势,可适用于便携式电子产物、柔性可穿着装备以及光伏修建一体化等领域,能极大填补传统硬质太阳能电池在应用chang景上的局限性。然而,F-PSCs在恒久形变历程中仍面临着稳固性不足的问题。本事情首先总结了影响F-PSCs稳固性的关jian因素,证实晰合理设计钙钛矿吸光层、柔性蚲ai鞯缂约翱⑾冉庾笆忠帐翘嵘鼺-PSCs机械稳固性和情形稳固性的主要途径。同时,本事情着重讨论了内应力工程、晶界修饰、自修复手艺以及表界面工程等手段对钙钛矿薄膜耐弯折性能的影响。最后,系统地剖析了卷对卷制造手艺在制备大面积F-PSCs的优势和潜力,并进一步展望了大面积F-PSCs在未来商业化应用的机缘和挑战。

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本文亮点

1. 讨论了未来生长柔性钙钛矿太阳能电池需要解决的主要问题:机械稳固性和耐水氧稳固性。

2. 讨论了柔性钙钛矿太阳能电池卷对卷规模化制造手艺。

3. 讨论了怎样通过平衡柔性蚲ai鞯缂耐腹屎偷绲悸适迪指咝嵝愿祁芽筇裟艿绯氐墓豭ian手艺。

内容简介

华中科技大学武汉光电国家研究中央王鸣魁教授课题组综述了近些年来高性能柔性钙钛矿光伏器件的生长趋势和焦点问题,着重探讨了影响柔性钙钛矿光伏器件机械稳固性的机制及其有用改善手段。本事情详细先容了柔性钙钛矿光伏器件的最新研究希望,包罗内应力工程、晶界修饰、自修复战略和结晶控制等。同时也剖析了柔性钙钛矿光伏器件在水氧稳固性以及封装手艺方面所面临的挑战。

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图文导读I?柔性钙钛矿电池的优势和工业化远景卷对卷制造手艺是一种规模化制造大面积F-PSCs的有用要领。卷对卷制造工艺能够快速、低成本生产F-PSCs,使其适用于种种可穿着电子产物、便携式电源等领域。柔性基底对钙钛矿结构器件的轻量化和柔韧性有着主要的影响。现在,基于超薄柔性衬底制备获得的电池器件功率质量比最高可达23W g??,远高于现存发电装置的功率质量比。由此可见,柔性F-PSCs将成为开发整体柔性自供电电子产物、大型光伏一体化修建、可穿着光伏、车载光伏以及空间航天应用的关jian。

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图1.?

(a) 卷对卷工艺制造F-PSCs示意图; (b) 差异类型太阳能电池功率质量比; (c) 刚性/柔性PSCs与商用c-Si器件效率和响应使用寿命方面的较量。II??柔性钙钛矿电池应用中面临的焦点问题F-PSCs的工业化应用中仍面临着诸多问题:(1)钙钛矿吸光层耐弯折性不足的问题;(2)柔性蚲ai鞯缂耐腹视氲绲悸什黄ヅ涞奈侍猓唬3)器件封装要领和关jian封装质料选取的问题。与刚性器件相比,F-PSCs在弯曲耐久性和情形稳固性方面仍存在较大差距。钙钛矿低结晶度通常归因于大量晶界的存在,其在半导体中发生深能级缺陷态,导致载流子复合加剧以及性能的衰减。类似地,柔性钙钛矿薄膜中存在大量缺陷,特殊是在晶界处,这就降低了F-PSCs的机械稳固性和可靠性。相关研究者在钙钛矿薄膜结晶处引入可聚合的有机分子,通过光聚合促使分子在晶界处原位聚合,有用地钝化晶界处缺陷,改善其机械稳固性。此外,通过维度工程调控战略诱导钙钛矿薄膜外貌原位形成跨晶界的二维钙钛矿,能大幅提高器件的耐弯折稳固性。

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图2.?

(a) 钙钛矿薄膜晶界处的晶体模子; (b) 晶界处交联[6,6]-苯基C61丁氧杂环丁烷酯(C-PCBOD)的原位聚合; (c) 钙钛矿薄膜在弯曲循环后缺陷密度的空间漫衍; (d) 基于水分子诱导生长的二维钙钛矿在三维钙钛矿外貌上的晶界改性的示意图; (e) 3D MHP、2-BBAI和4-BBAI薄膜的平均杨氏模量; (f) 二维钙钛矿改善F-PSCs耐弯折性示意图。III??钙钛矿电池的柔性电极质料F-PSCs的机械稳固性除了与钙钛矿吸光层耐弯折性相关之外,具有高导电性的蚲ai鞯缂杂谔嵘鼺-PSCs的稳固性以及光电性能至关主要。蚲ai鞯嫉缪趸铮═CO)、导电聚合物、碳纳米质料和金属纳米结构被普遍用作F-PSC的蚲ai鞯缂。由于蚲ai鱅TO电极的优异光电性能,通常用于F-PSCs。然而,由于柔性衬底在机械形变历程中,ITOwangwang会开裂,从而影响其电导率和透过率。为此,将高电导率和高柔性的金属导电网络、金属纳米线引入F-PSCs中,实现蚲ai鞯缂耐腹屎偷绲悸氏嗥ヅ,显著提升器件耐弯折性能。

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图3.?

(a) 柔性/刚性ITO电极电阻随温度转变的关系; (b) PEN/ITO电极的电阻随曲率半径转变的关系; (c) 柔性镍网集成的光伏器件示意图; (d) 镍网的微结构; (e) 具有Em-Ag/AgNWs:AZO-SG复合电极的柔性有机太阳能电池示意图; (f) 复合电极的电导率统计效果。

作者简介

李雄杰
本文第一作者华中科技大学/武汉光电国家研究中央助理研究yuan
主要研究领域
(1)柔性钙钛矿光电器件;(2)功效高分子设计与合成。主要研究效果华中科技大学/武汉光电国家研究中央助理研究yuan,在《Nano-Micro Letters》、《Advanced Materials Technologies》、《Advanced Optical Materials》、《ACS Applied Materials & Interfaces》等国际高水平期刊揭晓SCI论文10余篇。主持中国博士后科学基金面上项目、入选2022年湖北省博士后创新研究岗位。研究事情聚焦柔性钙钛矿光伏器件、新型光伏质料以及功效化聚合物设计与合成。

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王鸣魁
本文通讯作者

华中科技大学/武汉光电国家研究中央教授
主要研究领域
新能源化学;纳米结构太阳能电池;锂(钠)离子电池。主要研究效果华中卓越学者特聘教授,现担任研究中央能源光电子功效实验室副主任、湖北省低维光电子质料与器件省重点实验室主任。从事能源化学基础研究,在界面电荷输运及能量转换研究方面取得了一系列突出研究效果,揭晓论文200余篇,授权专利20余项。论文引用2万余ci,H指数76。相关效果发生了主要国际影响力,是英国籹hi一аЩ峄崾浚‵RSC)、是科睿唯安交织学科领域全球高被引科学家,爱思唯尔能源领域、光学工程领域中国高被引学者。获2019年教育部自然科学奖二等奖、2016年度湖北省自然科学奖二等奖、2018年度高等学校科学研究优异效果奖自然科学奖二等奖。获教育部“新世纪优异人才妄想”、湖北省“楚天学者”特聘教授支持。


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