中科院寧波材料所研發(fā)出能“變形”的太陽能電池

:柔性太陽能電池已不新鮮，不過，可以折疊、拉伸的柔性電池聽說過么？近日從中科院寧波材料所獲悉，該所柔性光電材料團隊通過器件結構設計結合柔性替代材料的辦法，成功制備了具有高度穩(wěn)定性的可折疊和可拉伸紙基太陽能電池，未來有望在便攜可穿戴、柔性自供電電子系統(tǒng)等領域得到產(chǎn)業(yè)化應用。

柔性太陽能電池具有低成本、高功率質(zhì)量比、可變形等優(yōu)點，應用前景廣泛。但是，開發(fā)具有高度穩(wěn)定性的可折疊、可拉伸太陽能電池仍然是個巨大的挑戰(zhàn)。

“相比彎曲時受到毫米曲率半徑下彎折，折疊時器件經(jīng)歷的是亞毫米極端曲率半徑下彎折，器件內(nèi)應力急劇增加，極易導致電池失效?！蓖蹙S燕老師介紹，他們通過采用超薄襯底降低器件在折疊時受到的應力，并結合采用氧化物/超薄銀金屬/氧化物可折疊透明電極代替氧化銦錫脆性電極，實現(xiàn)了可折疊有機、鈣鈦礦電池。

另一方面，作為柔性供電源，太陽能電池的耐拉伸應變量和拉伸穩(wěn)定性也是重要指標。有沒有可能通過創(chuàng)新的結構設計來提升柔性太陽能電池的耐拉伸性？

受中國古代剪紙藝術啟發(fā)，團隊與蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司和浙江大學合作，采用剪紙結構設計使得整個器件在大拉伸應變下受到的應力指數(shù)級降低，從而實現(xiàn)了耐200%拉伸應變，同時150%應變下可穩(wěn)定拉伸1000次的鈣鈦礦電池。此外，基于剪紙結構的鈣鈦礦電池還具有扭曲、彎折等變形能力。這類基于剪紙結構的鈣鈦礦電池具有變形能力強和制造工藝簡單等優(yōu)勢。

值得一提的是，該團隊研發(fā)的可折疊薄膜太陽電池采用質(zhì)輕、低成本、可折疊、可降解的紙基襯底，通過功能層及有機-無機界面特性改善，紙基鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率達到了13.19%，為文獻報道的紙基太陽電池最高效率。超高的光電轉(zhuǎn)化效率，使得該類產(chǎn)品未來有希望成為便攜可穿戴系統(tǒng)的理想功率源。

可以變形的太陽能電池，擁有廣泛應用前景?！氨热缈梢再N在建筑、交通設施或可穿戴設備的表面，賦予傳統(tǒng)產(chǎn)品新功能，也可以作為柔性功率源與其它柔性光電器件集成，形成自供電的柔性電子系統(tǒng)。”王維燕老師介紹，在原型器件研發(fā)成功之后，他們目前正在進行大面積太陽能組件的研發(fā)，同時還正在尋求合作單位，將可變形太陽能電池應用到可穿戴產(chǎn)品中去，推向真正的產(chǎn)業(yè)化。