鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(簡(jiǎn)稱PSCs)是當(dāng)今光伏領(lǐng)域研究前沿。柔性PSC由于重量輕、可彎曲折疊、表面結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),能夠與戶外裝備、建筑物、交通運(yùn)輸工具、電子設(shè)備等結(jié)合,具有廣闊應(yīng)用前景。然而,由缺陷導(dǎo)致的電荷復(fù)合造成了嚴(yán)重的能量損失,限制了柔性PSCs性能提升。同時(shí),柔性PSCs在應(yīng)力作用下的機(jī)械穩(wěn)定性問(wèn)題仍未得到有效解決。近日,我?;W(xué)院史彥濤教授團(tuán)隊(duì)與美國(guó)布朗大學(xué)Nitin P. Padture教授團(tuán)隊(duì)合作,通過(guò)表面鈍化并運(yùn)用斷裂力學(xué)基本原理發(fā)展出了一種協(xié)同策略,有效解決了以上問(wèn)題。
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圖1. 史彥濤教授團(tuán)隊(duì)最新成果作為封面文章發(fā)表于能源類頂級(jí)期刊Joule
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研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在3D鈣鈦礦表面和晶界原位形成低維(LD)鈣鈦礦,構(gòu)筑出了一種新型LD/3D結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中,LD鈣鈦礦一方面能夠有效鈍化深能級(jí)缺陷并減少電荷復(fù)合,顯著提升了器件光電轉(zhuǎn)換效率(21%,目前柔性PSCs最高效率之一)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性(光照下持續(xù)工作800小時(shí)仍維持最初效率的90%);另一方面,LD鈣鈦礦的存在提高了薄膜的斷裂能,有效提升了器件耐彎折性(連續(xù)彎折20000次仍維持最初效率的80%)。基于以上新策略,柔性PSCs光電轉(zhuǎn)換效率、工作穩(wěn)定性與機(jī)械穩(wěn)定性(耐彎折性)獲得了同時(shí)提升,這為柔性PSCs技術(shù)的發(fā)展以及未來(lái)商業(yè)化應(yīng)用提供了有力支撐。
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圖2. (A)LD/3D結(jié)構(gòu)原位生長(zhǎng)示意圖;
(B) LD/3D與傳統(tǒng)3D結(jié)構(gòu)柔性PSCs穩(wěn)態(tài)功率輸出;
(C)器件光電轉(zhuǎn)換效率分布統(tǒng)計(jì)圖;
(D)器件的彎曲穩(wěn)定性能測(cè)試結(jié)果。
該研究成果以“Flexible perovskite solar cells with simultaneously improved ef?ciency, operational stability, and mechanical reliability”為題發(fā)表在頂級(jí)能源類期刊 《Joule》 上(Joule, 2021, 5, 1587–1601),并被選為封面文章。我校博士后董慶順為論文共同一作(排序第一),大連理工大學(xué)為第一作者單位。該研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年基金,遼寧省自然科學(xué)基金,大連市科技創(chuàng)新基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金等資助。
文章鏈接:https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(21)00200-2? ?
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