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大連化物所克服了柔性鈣鈦礦太陽能電池的加工溫度限制

2024-04-26 08:30:44來源：大連化學物理研究所 閱讀量：96 評論

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　　近日，大連化物所太陽能研究部薄膜太陽能電池研究組(DNL1606組)楊棟研究員和劉生忠研究員團隊利用熱輻射退火技術，克服了柔性鈣鈦礦太陽能電池的加工溫度限制，為解決柔性太陽能電池加工過程中存在的柔性基底“聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)”低溫限制問題提供了方案。團隊通過將熱輻射退火技術與熱電冷卻技術相結合，實現(xiàn)了在PET基底上高溫制備緩沖層和鈣鈦礦吸光層。
 
　　
       柔性鈣鈦礦太陽能電池(FPSCs)具有輕薄、可彎曲、功質(zhì)比高等優(yōu)勢，適用于各種曲面和應用場景，例如智能手機、可穿戴設備、戶外用品等。然而，由于常用的柔性聚合物PET基底的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，致使其加工溫度需要控制在較低溫度內(nèi)，這一限制大大縮小了材料選擇的范圍，并阻礙了成熟技術從玻璃基底轉(zhuǎn)移到柔性基底。因此，解決聚合物柔性基底的溫度限制具有重要意義，但目前這方面的研究卻鮮有報道。
 
　　太陽能電池制造過程中一般需要較高溫度處理，高溫不僅可以實現(xiàn)鈣鈦礦活性層的最佳結晶，而且對界面緩沖材料內(nèi)形成熱輔助的長距離分子有序結構也至關重要。本工作中，團隊采用非接觸式熱輻射退火技術，并結合了熱電冷卻技術，實現(xiàn)了聚合物柔性基底內(nèi)的溫度梯度分布，抑制了機械變形，保持了聚合物柔性電極的性能。研究還發(fā)現(xiàn)，熱輻射退火技術可以使緩沖層中的分子堆積重新有序排列，這種有序的分子層可以實現(xiàn)頂部鈣鈦礦多晶薄膜的定向生長。本工作通過新開發(fā)的熱輻射退火技術，在PET/ITO襯底上實現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜在垂直方向上的高有序生長，獲得了效率為22.61%的柔性鈣鈦礦太陽能電池。
 
　　近年來，楊棟和劉生忠團隊在柔性鈣鈦礦太陽能電池方向取得了一系列進展，包括開發(fā)柔性鈣鈦礦太陽能電池中的低溫電子傳輸材料(Adv. Mater.，2016)、設計柔性鈣鈦礦太陽能電池中的添加劑(Adv. Mater.，2018)、發(fā)展柔性鈣鈦礦太陽能電池中的界面修飾(Nat. Commun.，2018；Adv. Mater., 2023)等；并多次撰寫了柔性鈣鈦礦太陽能電池相關的綜述(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”為題，于近日發(fā)表在《先進材料》(Advanced Materials)上。該工作的第一作者是我所DNL1606組聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生劉潔瓊。上述工作得到國家自然科學基金等項目的資助。(文/圖 劉潔瓊、段連杰)
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