【仪表网 研发快讯】金属卤化物钙钛矿材料因其吸光系数高和杨氏模量低等特征，被用于超薄柔性太阳电池技术开发，为可穿戴电子设备、光伏建筑一体化集成(BIPV)、便携式能源系统以及航空航天技术带来了巨大的应用前景。然而，当前钙钛矿基柔性太阳电池技术因界面复杂与结构单一等诸多问题，光伏性能一直遭受瓶颈。针对上述难题，电子科技大学材料与能源学院刘明侦教授团队围绕更高效的柔性叠层电池结构，先后开展了叠层电池结构设计与复杂界面化学锚定的研究。近日，相关成果在国际高水平期刊发表。
在国际高水平期刊Nature Communications上发表的题为“Flexible Perovskite/Silicon Monolithic Tandem Solar Cells Approaching 30% Efficiency”的研究性论文，率先报道了钙钛矿+超薄异质结晶硅的柔性叠层太阳电池结构，大幅突破了柔性太阳电池效率(图1)。材料与能源学院博士生孙印晴、研究员李发明、博士生张浩，中国科学院上海微系统所刘文柱研究员为论文共同第一作者，材料与能源学院刘明侦教授、中国科学院上海微系统所刘正新研究员为论文共同通讯作者，电子科技大学材料与能源学院为第一通讯单位。
图1 钙钛矿+超薄异质结晶硅柔性叠层电池示意图及其效率指标的先进性
围绕传统柔性太阳电池材料效率低的问题，率先开展了钙钛矿+超薄异质结晶硅的柔性叠层太阳电池结构设计，通过在晶硅绒面金字塔结构上制备相均一的钙钛矿薄膜，缓释了钙钛矿/超薄晶硅界面的残余应力，同时实现了高效光生载流子传输，大幅提升钙钛矿基柔性叠层电池认证效率至29.88%，效率超过当前报道的各类型柔性钙钛矿基太阳电池。更重要的是，该柔性叠层电池在弯曲曲率为0.44 cm⁻¹的条件下，弯曲/回复交替2000次后效率几乎无衰减。该结果不仅揭示了柔性叠层电池中制备相均匀钙钛矿薄膜的重要性，而且验证了传统晶硅与新兴钙钛矿光伏材料柔性化结合的可行性，推动了高效柔性叠层太阳电池技术的发展。
在国际高水平期刊Advanced Materials上发表的题为“Bilateral Anchoring for Enhanced Mechanical Stability and Efficiency in Flexible all-Perovskite Tandem Solar Cells”的研究性论文，提出了一种适用于柔性叠层电池复杂界面的双边锚定策略(图2)。材料与能源学院博士生耿乐为论文第一作者，李发明研究员、刘明侦教授为论文共同通讯作者，电子科技大学材料与能源学院为唯一通讯单位。
图2 柔性钙钛矿叠层太阳电池界面双向锚定构筑的示意图及2-BH在界面的化学锚定分析
针对柔性钙钛矿叠层太阳电池热膨胀/收缩过程界面晶格失配大、载流子复合严重以及界面粘附性弱等复杂问题，提出了一种分子层级的界面双向锚定策略，在钙钛矿/空穴传输层(PEDOT:PSS)界面处构筑2-溴乙胺氢溴酸盐(2-BH)分子链接层，2-BH的引入不仅能与PEDOT:PSS和钙钛矿层形成牢固的键合，从而增强界面附着力和电荷传输；而且可以抑制窄带隙钙钛矿中Sn2+的氧化，显著改善钙钛矿薄膜的形貌和结晶性。通过上述界面双向锚定策略，实现了高效稳定的柔性全钙钛矿叠层太阳能电池，为钙钛矿基柔性叠层电池界面设计与优化提供了有价值的参考。
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