转换效率18%！柔性钙钛矿太阳能电池研发获新进展

太阳能电池产业是国际高科技产业竞争的焦点。相比传统的硅晶太阳能电池，柔性轻质薄膜钙钛矿太阳能电池是基于可以弯曲、折叠、重量低的薄膜太阳能电池，因其高效率，低成本，且制备工艺简单，因而成为太阳能电池行业最具颠覆性的竞争者之一。

虽然钙钛矿太阳能兼具成本低与转换效率高等优势，但该技术也同时存有遇水衰退、耐久性差缺点，再加上电池含有有毒物质铅、铅溶于水就会排放到环境中，可谓有利也有弊。

现在，有许多科学家都想制造出不影响转换效率的无铅钙钛矿技术，比如尝试用锡、锗、铋、锑、铜和锰来取代铅。有研究团队指出，锡的应用潜力最大，它的外部电子壳结构跟铅差不多，离子半径也比较小，这让材料在键合时不会影响晶格结构，目前有团队也测试过各式锡钙钛矿的排列组合，比如将锡与铯等金属相结合，打造出全新的钙钛矿层。

柔性钙钛矿太阳能电池可以满足特种航天中的临近空间装备、野外特种信息化装备、阳光动力无人机、高空探测装备以及如手机等种类繁多消费类电子产品的一些特别需求。研究团队希望能早日量产，为民用应急、特种、绿色城市景观照明等方面的发展做出贡献。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所纳米调控与生物力学研究室在柔性钙钛矿太阳能电池研发方面获得新进展。相关研究成果以《在云母衬底上通过范德瓦尔斯外延技术实现高灵活、稳定、高效的柔性钙钛矿太阳能电池》为题，在线发表于《纳米能源》。

2019年，柔性电子技术发展取得重大突破，柔性钙钛矿太阳能电池的技术研发也取得了一定的进展。在今年西安交大首场科技成果新闻发布会上，已经有西安交大电信学院吴朝新教授及其团队研制的柔性钙钛矿太阳能电池效率突破22%的先例。

当前，柔性可穿戴电子已成为电子元器件发展潮流，柔性电池是其研发重点也是技术难点所在，电源对可穿戴电子的户外使用性、大面积贴合性和安全性有较大限制。随着可穿戴电子产品的需求不断增加，柔性太阳能电池受到了越来越多的关注。目前用于柔性器件制备的衬底主要为聚合物衬底，当达到临界弯曲半径时，其透明导电层发生断裂，导致光电性能发生严重衰减，同时水分子极易穿过聚合物衬底，影响电池的机械和钙钛矿长期稳定性。

为解决上述问题，纳米调控与生物力学研究室与石家庄铁道大学、台湾交通大学联合研究团队在透明云母衬底上开发出高度柔性、稳定且高效的钙钛矿太阳能电池（PSC）。其最佳光电转换效率（PCE）为18.0％；弯曲半径小至5mm，在5000次弯曲循环后保持原有效率的91.7％。其优良性能主要由于云母层间的范德华力降低了衬底对PSC器件的机械约束，使其具有更高的机械弯曲性能。