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鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(簡(jiǎn)稱PSCs)是當(dāng)今光伏領(lǐng)域研究前沿，柔性PSCs由于重量輕、可彎曲折疊、表面結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠與戶外裝備、建筑物、交通運(yùn)輸工具、電子設(shè)備等結(jié)合，具有廣闊應(yīng)用前景。然而，由缺陷導(dǎo)致的電荷復(fù)合造成的嚴(yán)重能量損失，限制了柔性PSCs性能提升。同時(shí)，柔性PSCs在應(yīng)力作用下的機(jī)械穩(wěn)定性問(wèn)題仍未得到有效解決。近日，大連理工大學(xué)化工學(xué)院史彥濤教授團(tuán)隊(duì)與美國(guó)布朗大學(xué)Nitin P. Padture教授團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)表面鈍化并運(yùn)用斷裂力學(xué)基本原理發(fā)展出了一種協(xié)同策略，有效解決了以上問(wèn)題。


研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在3D鈣鈦礦表面和晶界原位形成低維(LD)鈣鈦礦，構(gòu)筑出了一種新型LD/3D結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中，LD鈣鈦礦一方面能夠有效鈍化深能級(jí)缺陷并減少電荷復(fù)合，顯著提升了器件光電轉(zhuǎn)換效率(21%，目前柔性PSCs最高效率之一)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性(光照下持續(xù)工作800小時(shí)仍維持最初效率的90%)；另一方面，LD鈣鈦礦的存在提高了薄膜的斷裂能，有效提升了器件耐彎折性(連續(xù)彎折20000次仍維持最初效率的80%)。基于以上新策略，柔性PSCs光電轉(zhuǎn)換效率、工作穩(wěn)定性與機(jī)械穩(wěn)定性(耐彎折性)獲得了同時(shí)提升，這為柔性PSCs技術(shù)的發(fā)展以及未來(lái)商業(yè)化應(yīng)用提供了有力支撐。


(A)LD/3D結(jié)構(gòu)原位生長(zhǎng)示意圖；(B)LD/3D與傳統(tǒng)3D結(jié)構(gòu)柔性PSCs穩(wěn)態(tài)功率輸出;(C)器件光電轉(zhuǎn)換效率分布統(tǒng)計(jì)圖；(D)器件的彎曲穩(wěn)定性能測(cè)試結(jié)果。

該研究成果以“Flexible perovskite solar cells with simultaneously improved efficiency, operational stability, and mechanical reliability”為題發(fā)表在能源類(lèi)重量級(jí)期刊Joule上(Joule, 2021, 5, 1587C1601)，并被選為封面文章。博士后董慶順為論文共同一作(排序第一)，大連理工大學(xué)為第一作者和第一通訊單位。該研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年基金，遼寧省自然科學(xué)基金，大連市科技創(chuàng)新基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金等資助。 

原標(biāo)題：大連理工大學(xué)破解鈣鈦礦太陽(yáng)能電池應(yīng)用難題