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柔性可穿戴太陽(yáng)能電池被研制

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1429次  |  2018年08月31日  

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)近日成功研制了蜂巢狀納米支架,據(jù)此制備的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有優(yōu)異的耐彎折性,可廣泛應(yīng)用于各類可穿戴器件。


噴墨打印鈣鈦礦單晶材料獲突破


柔性可穿戴電子是未來(lái)電子元器件發(fā)展的熱點(diǎn)方向,電源是其重要的組成部分。電源的選擇和設(shè)計(jì)影響未來(lái)可穿戴電子的設(shè)計(jì)與功能。目前,電源對(duì)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(lái),金屬有機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以其優(yōu)越的光電轉(zhuǎn)換性能而受到廣泛關(guān)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(shí)間取得重要突破,最高效率為22.1%。卓越的光電性能為其應(yīng)用在可穿戴電子設(shè)備提供了可能。但柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池尚未能切實(shí)應(yīng)用于可穿戴電子設(shè)備中,限制這一發(fā)展是因?yàn)槟壳叭嵝云骷源嬖诖竺娣e重現(xiàn)性差和彎折性能衰減的問(wèn)題。


在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持下,中科院化學(xué)研究所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(kāi)展了深入系統(tǒng)的研究。他們?cè)趪娔蛴≈苽溻}鈦礦電池器件取得突破,實(shí)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(jìn)展,實(shí)現(xiàn)了印刷制備三基色鈣鈦礦發(fā)光單晶材料。

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

柔性器件彎折性能更穩(wěn)定


在上述研究基礎(chǔ)上,研究人員發(fā)現(xiàn)柔性鈣鈦礦器件中的介面層對(duì)鈣鈦礦層的生長(zhǎng)和穩(wěn)定性具有較大影響。研究通過(guò)納米組裝-印刷方式制備的蜂巢狀納米支架可作為力學(xué)緩沖層和光學(xué)諧振腔,從而大幅提高柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和力學(xué)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(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力,并作為支架誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜結(jié)晶。同時(shí),該結(jié)構(gòu)作為光學(xué)諧振腔可對(duì)整個(gè)器件進(jìn)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(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)12.32%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),該電池具備優(yōu)異的耐彎折性,可應(yīng)用于柔性太陽(yáng)能電池元件。該太陽(yáng)能電池元件光電轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定,可廣泛應(yīng)用于各類可穿戴器件。研究為研發(fā)新一代可穿戴電子設(shè)備提供了新的思路和方法,研究成果發(fā)表在AdvancedMaterials雜志上。

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