近十年来，具有高效率和低成本特性的钙钛矿型太阳能电池（PSCs）受到了越来越多的关注，尤其是柔性钙钛矿型太阳能电池（f-PSCs）在建筑一体化光伏、建筑贴附式光伏、便携式设备以及航空航天领域有广阔的应用空间，成为了研究人员关注的热点。虽然f-PSCs近些年来发展迅速，其光电转化效率仍旧落后于刚性PSCs，在f-PSCs处于弯曲状态下这种效率差距尤为明显。
柔性钙钛矿太阳能电池
(a)新型二维钙钛矿的结构；(b)柔性器件的J-V曲线 前期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员和刘畅研究员等人通过薄膜形貌调控、载流子传输层修饰和新型二维钙钛矿材料设计（Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416；Adv. Funct. Mater. 2022, 10, 2210600；Infomat 2022, e12379；Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630）等手段，大幅提升了柔性和刚性钙钛矿光伏器件的效率和稳定性。然而，较弱的激子解离能力和较差的成膜质量仍旧制约着f-PSCs的效率，对此团队创新性地通过优化二维钙钛矿中有机大分子的吡啶环中的N原子位置，使大分子的偶极矩增大，实现了具有铁电性的二维钙钛矿。研究发现铁电性的二维钙钛矿的加入能有效增强内建电场，进而提升激子解离效率并抑制器件中的非辐射复合。在三维钙钛矿结晶过程中二维钙钛矿种子可以辅助其成为更均匀和定向程度更高的晶体薄膜，释放薄膜中拉伸应力。因此，基于此的f-PSCs效率达到了23.08%，并且具有较好的机械稳定性，在经历了1000次循环弯折试验后仍旧可以保持原有能量转化效率的85%以上。此外铁电二维钙钛矿具有压电性，在弯曲状态下可以引起ITO/钙钛矿界面的能带弯曲降低空穴传输势垒，因而该器件在拉伸应力下会呈现出更高的能量转化效率，为开发更高效的f-PSC提供了新的思路。
相关研究成果以“Rational design of ferroelectric 2D perovskite for improving the efficiency of flexible perovskite solar cells over 23%”为题，发表于Angew. Chem. Int. Ed.（相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202217526），宁波材料所葛子义研究员和刘畅研究员为该论文的通讯作者，硕士生韩斌、王耀华为共同第一作者。上述工作获得了国家杰出青年科学基金（21925506）、国家重点研发计划（2017YFE0106000）、国家自然科学基金（51773212、81903743、22005322）、宁波市科技创新2025重大专项（2018B10055）、中国科学院前沿科学研究重点项目（QYZDB-SSW-SYS030）等的支持。
文章来源：宁波材料所
葛子义，中科院宁波材料所研究员、博导。1999年本科毕业于兰州大学，2004年获中科院化学所博士学位。2005-2009年分别在日本东京工业大学、神奈川大学、澳大利亚新南维尔士大学从事有机光电研究。2009年初受聘于华东理工大学教授。2010年加入中科院宁波材料所，担任 “有机光电化学”学科带头人、有机光电材料与器件课题组组长。先后入选中科院青年拔尖科学家，浙江省杰青、浙江省“151人才”、“钱江人才”等。目前主要从事有机/钙钛矿太阳能电池、OLED和导电高分子功能材料研究。迄今在Nature Photonics、Advanced Materials、Energy & Environmental Science等国际著名期刊上发表SCI论文100多篇，并被引用2000多次，撰写Springer等有机太阳电池专著章节3部。共申请国际国内专利29项。20多次受邀做著名学术会议邀请报告。目前担任《储能科学与技术》、International Journal of Modern Manufacturing Technology杂志编委、中国化工学会储能工程专业委员会委员、第一届国际有机光电材料与器件国际会议（ICOOE 2014）大会主席。2009年以来，主持包括国家重点研发计划、5项国家自然基金面上项目、中科院前沿重点项目、教育部霍英东青年教师基金在内的20多项国家级和省部级科研项目。担任国家科技奖，国家自然基金委、拔尖人才、教育部长江学者项目评审专家。
| 
发表于 2023-1-6 09:46:50
