大连理工大学破解钙钛矿太阳能电池应用难题

钙钛矿太阳能电池（简称PSCs）是当今光伏领域研究前沿，柔性PSCs由于重量轻、可弯曲折叠、表面结构适应性强等优点，能够与户外装备、建筑物、交通运输工具、电子设备等结合，具有广阔应用前景。然而，由缺陷导致的电荷复合造成的严重能量损失，限制了柔性PSCs性能提升。同时，柔性PSCs在应力作用下的机械稳定性问题仍未得到有效解决。近日，大连理工大学化工学院史彦涛教授团队与美国布朗大学Nitin P. Padture教授团队合作，通过表面钝化并运用断裂力学基本原理发展出了一种协同策略，有效解决了以上问题。

研究团队通过在3D钙钛矿表面和晶界原位形成低维（LD）钙钛矿，构筑出了一种新型LD/3D结构。该结构中，LD钙钛矿一方面能够有效钝化深能级缺陷并减少电荷复合，显著提升了器件光电转换效率（21%，目前柔性PSCs最高效率之一）和长期稳定性（光照下持续工作800小时仍维持最初效率的90%）；另一方面，LD钙钛矿的存在提高了薄膜的断裂能，有效提升了器件耐弯折性（连续弯折20000次仍维持最初效率的80%）。基于以上新策略，柔性PSCs光电转换效率、工作稳定性与机械稳定性（耐弯折性）获得了同时提升，这为柔性PSCs技术的发展以及未来商业化应用提供了有力支撑。

（A）LD/3D结构原位生长示意图；（B）LD/3D与传统3D结构柔性PSCs稳态功率输出;（C）器件光电转换效率分布统计图；（D）器件的弯曲稳定性能测试结果。

该研究成果以“Flexible perovskite solar cells with simultaneously improved efficiency, operational stability, and mechanical reliability”为题发表在能源类重量级期刊Joule上（Joule, 2021, 5, 1587–1601），并被选为封面文章。博士后董庆顺为论文共同一作（排序第一），大连理工大学为第一作者和第一通讯单位。该研究工作获得了国家自然科学基金面上项目、青年基金，辽宁省自然科学基金，大连市科技创新基金和中国博士后科学基金等资助。

来源：大连理工大学

文章链接：

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(21)00200-2