蜂巢納米支架的制備及可穿戴太陽能電源應用

柔性可穿戴電子是未來電子元器件發(fā)展的熱點方向，電源是其重要的組成部分。電源的選擇和設計影響未來可穿戴電子的設計和功能。目前，電源對可穿戴電子的戶外使用性、大面積貼合性和安全性有較大限制。

近年來，金屬有機雜化鈣鈦礦太陽能電池以其優(yōu)越的光電轉(zhuǎn)換性能而受到廣泛關注?；阝}鈦礦材料平面結(jié)構(gòu)器件的光電轉(zhuǎn)換效率在短短幾年時間取得重要突破，最高效率為22.1%。卓越的光電性能為其應用在可穿戴電子設備供應了可能。但柔性鈣鈦礦太陽能電池尚未能切實應用于可穿戴電子設備中，限制這一發(fā)展是因為當前柔性器件仍存在大面積重現(xiàn)性差和彎折性能衰減的問題。

在國家自然科學基金委、科技部和我國科學院的支持下，中科院化學研究所綠色印刷院重點實驗室研究員宋延林課題組，在印刷制備鈣鈦礦晶體及電池器件方面開展了深入系統(tǒng)的研究。他們在噴墨打印制備鈣鈦礦電池器件取得突破，實現(xiàn)了相比傳統(tǒng)工藝更環(huán)保的印刷制備方法。在噴墨打印鈣鈦礦單晶材料上取得進展，實現(xiàn)了印刷制備三基色鈣鈦礦發(fā)光單晶材料。

在上述研究的基礎上，研究人員發(fā)現(xiàn)柔性鈣鈦礦器件中的界面層對鈣鈦礦層的生長和穩(wěn)定性具有較大影響。研究通過納米組裝-印刷方式制備的蜂巢狀納米支架可作為力學緩沖層和光學諧振腔，從而大幅提高柔性鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和力學穩(wěn)定性。研究表明，蜂巢狀納米結(jié)構(gòu)可以有效釋放器件彎折時出現(xiàn)的應力，并作為支架誘導鈣鈦礦薄膜結(jié)晶。同時，該結(jié)構(gòu)作為光學諧振腔可對整個器件進行光富集調(diào)控，從而提高器件的光吸收效率。引入蜂巢狀納米支架后，所制備的柔性鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率達12.32%。進一步研究發(fā)現(xiàn)，該電池具備優(yōu)異的耐彎折性，可應用于柔性太陽能電池組件。該太陽能電池組件光電轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定，可廣泛應用于各類可穿戴器件。研究為研發(fā)新一代可穿戴電子設備供應了新的思路和方法，研究成果發(fā)表在AdvancedMaterials雜志上。

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