柔性钙钛矿太阳能电池技术，你了解多少

关于理想的光伏器件，其应当具有光电转换效率高、制造成本低、质量轻、寿命长等特点。以有机铅卤化物钙钛矿作为光吸收材料的太阳能电池，虽然具有较高的能量转换效率（约20%），且可以通过低成本、操作简单的溶液法制备获得，但由于其在自然环境下的持续工作稳定性较差，使其距离大规模商业化生产尚有一定距离。

此外，随着近年来可穿戴设备和柔性电子器件等概念的流行，轻质量、柔性光电器件也逐渐引起了人们的重视。本文即报道了一种新型的高柔性钙钛矿太阳能电池，其具有高达12%的持续工作能量转换效率和高达23W/g的比功率。同时，本文还通过在电池结构中引入氧化铬/铬层的方法，显著提高了电池在自然环境下的稳定性。

电池制备

实验中制备得到的薄膜电池结构示意图与实物图分别如下面两图所示。

电池制备的全部过程均在玻璃载片上进行。电池制备前，预先在玻璃载片上旋涂一层聚二甲基硅氧烷（PDMS），作为后续电池制备的支撑物。电池选用高分子材料聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为衬底，由于其和PDMS之间仅靠范德瓦尔斯力结合，因此在电池制备结束后，可以将电池和玻璃载片轻松地分开。在PET衬底上，通过旋涂含聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）、聚苯乙烯磺酸（PSS）、二甲亚砜（DMSO）和表面活性剂的溶液，再经过低温退火、洗涤和干燥过程，最终得到用于空穴收集与传导的PEDOT：PSS层。

之后，通过一步法进行钙钛矿制备。在PEDOT：PSS层上旋涂含氯化铅（PbCl2）、碘化铅（PbI2）和甲胺碘（CH3NH3I）的二甲基甲酰胺（DMF）溶液，低温退火后即可得到钙钛矿层。样品采用两种不同的材料制备电子传导层——N，N'-二甲基-3，4，9，10-二萘嵌苯四甲酸二酰亚胺（PTCDI）或[6，6]-苯基C61丁酸甲酯（PCBM）。假如采用PTCDI作为电子传导层，其要在真空腔中通过真空升华法制备得到；假如采用PCBM作为电子传导层，则直接在钙钛矿层上旋涂含PCBM的氯苯、氯仿1：1混合溶剂溶液即可。电子传导层制备结束后，使用蒸镀法，将金属铬缓慢蒸镀至电子传导层表面，得到约10nm厚的氧化铬/铬混合层。

最后，在氧化铬/铬层之上，沉积一层金、铜、铝、或类似的高电导率金属，完成薄膜电池制备过程，形成图1所示的电池结构。在制备好的薄膜电池表面，可以通过喷洒商用聚氨酯（PU）喷涂剂，并静置约24h，形成一层PU包覆层，以防止薄膜电池受到机械损伤。

此外，作为对照组，实验中还制备了以玻璃/氧化铟锡（ITO）为衬底的钙钛矿电池。

高质量钙钛矿层制备

本文中，为了制备得到具有高柔性的钙钛矿电池，选用了柔性有机材料PET作为电池衬底。相比于传统玻璃衬底，PET衬底的粗糙度更高，从原子力显微镜扫描结果中可以明显看到这一点。