Materials Today綜述：柔性鈣鈦礦電池近年來進展

【引言】

金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有高吸收系數，高載流子擴散長度，可調節帶隙的優點，成為最近熱門的研究領域，也被認為是下一代太陽能電池的重要候選材料。更為重要的是，鈣鈦礦電池的制作流程可以在低溫下完成 （約100℃），為柔性鈣鈦礦電池提供了有利理論和制造基礎。配合如今成熟的電池制備技術（如噴涂，打印，以及刮涂等），柔性鈣鈦礦電池的制造成本可以進一步降低，為實現低成本，工業化提供了行之有效的途徑。隨著柔性手機，柔性顯示器，和其他各類柔性電子產品的蓬勃發展，柔性電池不可避免地成為未來最有潛力的技術之一。而柔性鈣鈦礦電池具有的一些特殊優勢，例如高效率，高度便攜，以及超高的性價比無疑會成為未來的電子產品不可或缺的一部分。盡管近年來柔性鈣鈦礦電池的性能發展迅猛，但是仍然面臨一些挑戰，極大的制約了柔性鈣鈦礦電池的實際應用。第一個是挑戰是穩定性。相比于剛性玻璃基底的電池，柔性襯底的水氧透過率較高從而導致鈣鈦礦結構較快失效。對于柔性電池的評測，機械穩定性也是一個重要的參數。傳統的電池基本都基于氧化銦錫 （ITO）,而ITO的機械性能不盡人意。第二個挑戰是光電轉化效率。如今柔性鈣鈦礦電池的認證效率達到了19.5%，但是仍然落后于剛性電池（25.2%）。第三個挑戰是大面積電池。即使效率已經接近20%，但是高效只存在于小面積電池（通常小于0.1cm²），隨著電池面積的不斷擴大，效率損失也在逐步增加。因此，需要定期的系統的對近期柔性鈣鈦礦電池的發展進行回顧，為其未來的發展提供一些思路，從而加速其產業化的進程。

【成果簡介】

近日，Dr. Wei Zhang from University of Surrey, 系統的總結了近些年柔性鈣鈦礦電池的發展，從材料選擇到大面積電池制作工藝進行了一個綜合的分析。通過分析近三年的柔性鈣鈦礦電池的發展，該論文為發展高穩定性，高效率，低成本的柔性電池提供了一些思路。為加速產業化進程，文中系統的比較了各種大面積電池的制作技術，分別從企業的角度分析了每個制作工藝的優劣性，為柔性電池的大規模生產奠定理論基礎。最后，該論文通過總結和借鑒相關領域的封裝策略（如剛性電池封裝，LED的封裝），為柔性鈣鈦礦電池的封裝提供了新思路。該成果以題為 “Critical Review of Recent Progress of Flexible Perovskite Solar Cells”發表于Materials Today上。

【圖文導讀】

圖一：柔性智能設備的市場發展和柔性鈣鈦礦電池的成果走勢

圖二：柔性電池的未來應用場景。

a) 太陽能電動汽車；b) 等待安裝的發電網；c) 太陽能背包；d) 智能眼鏡； e) 柔性鈣鈦礦電池； f) 無人機； g) 智能外套； h) 野外帳篷； i) 為帆船提供動力。 ?

圖三： 柔性鈣鈦礦電池大規模生產工藝。

a) 噴墨打印； b) 噴涂；c) 刮涂； d) 狹縫式涂布.

圖四：一些封裝材料的水汽透過率。

圖五：為取代昂貴的ITO層，碳材料由于其價格低，環境穩定和優異的機械性能被認為是最有希望取代ITO的材料之一。

a) 全碳結構鈣鈦礦柔性電池；b) 電池內每層材料的能級；c) 以碳納米管和石墨烯為襯底的柔性鈣鈦礦電池； d) 不同襯底的柔性電池的彎折測試。

【小結】

綜上，該論文全面的分析了近些年柔性鈣鈦礦電池的發展，包括柔性襯底，空穴傳輸層，電子傳輸層，鈣鈦礦層，電極材料，以及大規模生產和封裝的策略，呈現了對未來柔性鈣鈦礦電池發展的預期，同時展望了未來柔性電池的應用場景。針對現階段面臨的挑戰，該論文通過分析總結和借鑒相關領域的發展，提出了一系列可行的思路和建議，為未來的實現低成本，高效率，高穩定性的柔性鈣鈦礦電池的商業化發展提供了理論基礎。

文章鏈接：Critical review of recent progress of flexible perovskite solar cells, Mater. Today https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.05.002