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給柔性鈣鈦礦光伏電池安上“水泥”支架

2020-12-16 14:56  來源:李木子 /光伏測(cè)試網(wǎng)  瀏覽:  

據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)報(bào)道:近年來,柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其可溶液加工、質(zhì)輕、成本低等優(yōu)勢(shì),有望成為可持續(xù)發(fā)展可拉伸應(yīng)用的光伏技術(shù)。然而,機(jī)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(yáng)能電池進(jìn)一步的發(fā)展應(yīng)用。

針對(duì)上述問題,南昌大學(xué)教授陳義旺、研究員胡笑添團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員宋延林課題組,受混凝土增韌結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的晶界。這種方法可以同時(shí)增強(qiáng)鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度,并鈍化黏結(jié)晶界。相關(guān)論文近日發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》。

可拉伸基底上晶體的脆性和鈣鈦礦的差結(jié)晶性,會(huì)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(shí)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(xué)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(yáng)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(shí)現(xiàn)消除,并和剛性基底上的性能相當(dāng)。其中,s-GO中的磺酸基與晶界處的碘化鉛形成的復(fù)合物(s-GO-PbI2)能有效鈍化碘離子缺陷,同時(shí)提高結(jié)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(jī)械應(yīng)用,并黏結(jié)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(yáng)能電池的機(jī)械耐彎折性和環(huán)境穩(wěn)定性。

通過多次試驗(yàn)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(dá)70度時(shí)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(qiáng)晶界力學(xué)性能來提高薄膜耐彎折性的策略,將為柔性可拉伸電子設(shè)備的開發(fā)提供新的方法。

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