宁波材料所在高效率柔性钙钛矿电池方面获进展

文章来源： 宁波材料技术与工程研究所

随着电子技术的快速发展，便携式、功能性和可穿戴电子设备的需求增加。具有高功率转换效率（PCE）、重量轻、低温可加工性、固有灵活性以及与曲面的兼容性的柔性钙钛矿太阳能电池（f-PSC）在建筑集成光伏、无折叠飞行器、智能汽车和可穿戴电子设备的应用中备受关注。然而，由于钙钛矿的晶界易断裂、难以修复，以及钙钛矿薄膜在反复弯曲循环后与相邻载流子传输层的机械粘附性较差，致使钙钛矿易碎、光电转换效率（PCE）低和重现性差。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员葛子义带领的有机光电材料与器件团队，通过薄膜形貌调控、新型二维钙钛矿材料设计和载流子传输层修饰等手段，提升了刚性和柔性钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。近日，针对钙钛矿薄膜缺陷多和传统柔性钙钛矿太阳能电池的机械柔韧性差的问题，该团队基于偶极矩工程设计了一系列氰基衍生物作为钙钛矿前驱体溶液的添加剂。科研人员通过氰基缝合钙钛矿的铅缺陷和氟原子调控氰基衍生物的偶极以及与钙钛矿生成氢键，在钝化钙钛矿缺陷的同时释放钙钛矿薄膜的应力，降低了钙钛矿薄膜的杨氏模量，增强了钙钛矿薄膜的柔韧性。同时，这一系列氰基衍生物可削弱电荷载流子与纵向光学声子之间的相互作用，进而促进载流子的提取和传输。该工作获得了效率达24.08%的柔性钙钛矿太阳能电池，是目前公开报道的柔性钙钛矿太阳能电池的最高效率。器件经过3000次弯折，可保持初始效率的92%。该工作为添加剂工程中材料设计、机械柔韧性和应力消除提供了新见解，为开发先进的柔性钙钛矿太阳能电池提供了可靠方法。

相关研究成果以Molecular dipole engineering assisted strain release for mechanically robust flexible perovskite solar cells为题，发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。

图1. 氰基衍生物的分子结构设计和偶极矩调控

图2. 氰基衍生物降低钙钛矿薄膜杨氏模量和释放不同深度钙钛矿薄膜应力

图3. 柔性钙钛矿太阳能电池转换效率和相关载流子动力学表征结果