大連理工大學史彥濤Energy Environ. Sci.：柔性可拆卸鈣鈦礦電池

【引言】

新興的鈣鈦礦材料，憑借其理想的光電屬性以及相對簡易的制備工藝，在挑戰硅光伏的主導地位上逐漸顯示出巨大的潛力。鈣鈦礦型太陽能電池（PSCs）的轉換效率（PCE）已超過22％，具有完全競爭力。然而值得注意的是，高效率PSCs普遍采用通過高真空沉積技術的貴金屬作為對電極。從實驗室規模到工業量產，不可避免需要考慮成本。目前，已經引入了行業友好的沉積方式，諸如絲網印刷，卷對卷印刷，刮涂，以及噴涂。幾種可替代的對電極，包括碳材料，蠟燭煙灰和導電聚合物/金屬網格等，已成功應用于PSCs，同時不會大大犧牲電池效率。考慮到各種外部因素如高溫，腐蝕性溶液，紫外光和臭氧等將加速鈣鈦礦材料或器件腐蝕退化。以上研究強調個體制造電池組件的可行性，為我們自由設計、裁剪和甚至修復功能層，提供了更大的空間。

【成果簡介】

近期，大連理工大學史彥濤教授（通訊作者）等人在Energy & Environmental Science 上發表了最新研究成果 “Flexibly assembled and readily detachable photovoltaics”。該研究提出了一種新穎的堆疊電池結構，每個堆疊PSC（S-PSC），其中包含兩個半電池，基于鈣鈦礦的光電陽極和PEDOT：PSS /導電基底為主的對電極。兩個半電池簡單堆疊在一起，無需額外的工藝。可用的對電極有七種導電基低，包含ITO / PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）、鋁片、銅片、FTO、鋁箔、鋼板和銅箔。然后設法探究其電學和機械性能，最終實現了具有靈活的組裝，反復拆卸和輕松維護的新型太陽能電池。

【圖文導讀】

圖1：各種電極基底的堆疊PSCs結構化及相應的PCE

圖2：光電陽極的截面SEM圖及能級圖

圖3：七種不同PSC的電化學阻抗譜

(a) 七種不同PSC的C-f圖；

(b) 不同PSC基底的Nyquist圖；

(c) 高頻區域的放大圖。

圖4：兩種PEDOT：PSS的SEM透視圖及接觸角

(a) PEDOT：PSS和(b) 含有TBP和鋰鹽的PEDOT：PSS的SEM透視圖; (c) PEDOT：PSS和(d) 含有TBP和鋰鹽的PEDOT：PSS的在去離子水下的接觸角。

圖5：基于PEDOT:PSS 及 TL-PEDOT電池的電化學阻抗譜

(a) 基于PEDOT:PSS 及 TL-PEDOT:PSS電池的C-f圖；

(b) 基于PEDOT:PSS 及 TL-PEDOT:PSS電池的Nyquist圖；

(c) 高頻區域的放大圖。

圖6：基于PEDOT:PSS 及 TL-PEDOT電池的器件性能及穩定性測試

(a) 基于PEDOT:PSS和TL-PEDOT:PSS器件的最優J–V 曲線；

(b) 0.7 V偏壓下600 s內的基于TL-PEDOT:PSS電池的器件性能；

(c) 0.7 V偏壓下300 s內的兩者電池的PCE對比；

(d) 長時間穩定測試。

圖7：拆卸實驗示意圖及重復拆卸穩定性圖

(a) 拆卸實驗示意圖；

(b) 重復拆卸穩定性試驗后PSC的PCE歸一化圖。

【小結】

在該文中，研究人員成功制備了柔性組裝及易于拆卸的鈣鈦礦太陽能電池。通過一個一系列性能優化，TBP和鋰鹽引入到PEDOT：PSS層有利于空穴傳輸和抑制的界面接觸電荷復合，從而改善了界面接觸。 最終得到了可長期穩定的電池，其PCE為14.62％。多種電極基底的兼容性賦予了該PSC在未來的制造和應用光明的前景，為設計具有創新，生產，存儲和長期維護的電池鋪平了道路。

文獻鏈接: Wang S, Hou K, Xing Y, et al. Flexibly Assembled and Readily Detachable Photovoltaics[J]. Energy & Environmental Science, 2017.

本文由材料人編輯部魏昌庭編譯，周夢青審核，點我加入材料人編輯部。

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