杨栋研究员和刘生忠研究员团队克服了柔性钙钛矿太阳能电池的加工温度限制

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近日，我所太阳能研究部薄膜太阳能电池研究组（DNL1606组）杨栋研究员和刘生忠研究员团队利用热辐射退火技术，克服了柔性钙钛矿太阳能电池的加工温度限制，为解决柔性太阳能电池加工过程中存在的柔性基底“聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）”低温限制问题提供了方案。团队通过将热辐射退火技术与热电冷却技术相结合，实现了在PET基底上高温制备缓冲层和钙钛矿吸光层。
        柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）具有轻薄、可弯曲、功质比高等优势，适用于各种曲面和应用场景，例如智能手机、可穿戴设备、户外用品等。然而，由于常用的柔性聚合物PET基底的玻璃化转变温度较低，致使其加工温度需要控制在较低温度内，这一限制大大缩小了材料选择的范围，并阻碍了成熟技术从玻璃基底转移到柔性基底。因此，解决聚合物柔性基底的温度限制具有重要意义，但目前这方面的研究却鲜有报道。

        太阳能电池制造过程中一般需要较高温度处理，高温不仅可以实现钙钛矿活性层的最佳结晶，而且对界面缓冲材料内形成热辅助的长距离分子有序结构也至关重要。本工作中，团队采用非接触式热辐射退火技术，并结合了热电冷却技术，实现了聚合物柔性基底内的温度梯度分布，抑制了机械变形，保持了聚合物柔性电极的性能。研究还发现，热辐射退火技术可以使缓冲层中的分子堆积重新有序排列，这种有序的分子层可以实现顶部钙钛矿多晶薄膜的定向生长。本工作通过新开发的热辐射退火技术，在PET/ITO衬底上实现了钙钛矿薄膜在垂直方向上的高有序生长，获得了效率为22.61%的柔性钙钛矿太阳能电池。
       近年来，杨栋和刘生忠团队在柔性钙钛矿太阳能电池方向取得了一系列进展，包括开发柔性钙钛矿太阳能电池中的低温电子传输材料（Adv. Mater.，2016）、设计柔性钙钛矿太阳能电池中的添加剂（Adv. Mater.，2018)、发展柔性钙钛矿太阳能电池中的界面修饰（Nat. Commun.，2018；Adv. Mater., 2023）等；并多次撰写了柔性钙钛矿太阳能电池相关的综述（Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2023; Adv. Mater.，2024；Joule，2024）。
        上述成果以“Thermal Radiation Annealing for Overcoming Processing Temperature Limitation of Flexible Perovskite Solar Cells”为题，于近日发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。该工作的第一作者是我所DNL1606组联合培养博士研究生刘洁琼。上述工作得到国家自然科学基金等项目的资助。（文/图 刘洁琼、段连杰）
         文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202401236
         文章来源：大连化物所
       刘生忠，中国科学院大连化学物理研究所研究员。刘生忠教授1992年在美国西北大学获博士学位。先后在美国阿贡国家实验室、英国BP Solar公司、美国United Solar公司等从事研究工作。现全职回国工作，任大连化学物理研究所研究员和陕西师范大学教授。研究领域包括纳米材料、薄膜材料、太阳能光伏材料、电光薄膜的电化学沉积和光伏技术的开发、放大和生产。多项研究成果发表在《Science》、《Nature》和《Angew. Chem.》等刊物上，现已经申请专利的、在美国专利局网站可查到的发明文献有六十余项。刘教授的研究技术多项指标处于世界领先水平，其中“透明太阳能薄膜电池”被称为是“世界最佳发明奖”（R&D 100奖）。