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給柔性鈣鈦礦太陽能電池安上“水泥”支架

返回列表 來源: 陽光工匠 發(fā)布日期: 2021.01.04 瀏覽次數(shù):
近年來,柔性鈣鈦礦太陽能電池由于其可溶液加工、質(zhì)輕、成本低等優(yōu)勢,有望成為可持續(xù)發(fā)展可拉伸應用的 光伏 技術。然而,機械柔韌性和環(huán)境穩(wěn)定性難以兼具限制了柔性鈣鈦礦太陽能電池進一步的發(fā)展應用。

針對上述問題,南昌大學教授陳義旺、研究員胡笑添團隊聯(lián)合中國科學院化學研究所研究員宋延林課題組,受混凝土增韌結構啟發(fā),將帶有磺酸基的磺化氧化石墨烯(s-GO)通過與鈣鈦礦前驅(qū)體材料相互作用,形成具有“水泥”支架結構的晶界。這種方法可以同時增強鈣鈦礦薄膜的結晶度,并鈍化黏結晶界。相關論文近日發(fā)表于《科學通報》。

可拉伸基底上晶體的脆性和鈣鈦礦的差結晶性,會造成柔性器件不可避免的性能損失和急速下降的穩(wěn)定性。實際上,水分子往往是從鈣鈦礦薄膜的晶界處侵襲使得薄膜開始降解的,而晶界也是薄膜力學性能最差、最容易斷裂的部分。

研究顯示,帶有s-GO的可拉伸柔性鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定效率為20.56% (1.01平方厘米),回滯現(xiàn)象可實現(xiàn)消除,并和剛性基底上的性能相當。其中,s-GO中的磺酸基與晶界處的碘化鉛形成的復合物(s-GO-PbI2)能有效鈍化碘離子缺陷,同時提高結晶性,使得器件性能明顯提升。

最重要的是,s-GO-PbI2作為一種不溶于水的含氧酸鉛鹽,以“水泥”支架的形式填充在晶界,釋放機械應用,并黏結晶界處的裂紋,使得晶界處的剛性和疏水性能大幅度提高,大大提升了柔性鈣鈦礦太陽能電池的機械耐彎折性和環(huán)境穩(wěn)定性。

通過多次試驗發(fā)現(xiàn),該電池經(jīng)過上萬次極限彎折半徑循環(huán)處理后,仍能保持初始效率的80%以上,并克服了大角度彎折的挑戰(zhàn)(在彎折角度到達70度時還有18.15%的效率)。此外,在環(huán)境條件下存放180天后,依然有原始效率的90%。這種巧妙的反向增強晶界力學性能來提高薄膜耐彎折性的策略,將為柔性可拉伸電子設備的開發(fā)提供新的方法。

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