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西电常晶晶《ACS Nano》:应力释放层提高柔性钙钛矿太阳能电池的机械稳定性

高分子科学前沿  · 公众号  · 化学  · 2025-01-26 07:50

正文

柔性钙钛矿太阳能电池具有质量轻、可弯曲和高效率的特点,在可穿戴电子、柔性显示和移动供电设备等领域有广泛的应用前景。然而,柔性器件在弯曲过程中承受着较大的应力,会导致功能层开裂甚至剥离,进而影响柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和长期稳定性,限制了商业化应用。

为了解决这一问题,西安电子科技大学常晶晶教授团队在钙钛矿薄膜上方引入了一层辛基乙酸胺(OAAc)薄膜作为粘附层和应力释放层,缓解钙钛矿薄膜在弯曲过程中产生的应力,有效的提升了柔性钙钛矿太阳能电池的机械稳定性该研究以题为“Mechanically Resilient and Highly Efficient Flexible Perovskite Solar Cells with Octylammonium Acetate for Surface Adhesion and Stress Relief”的论文发表在最新一期《ACS Nano》上。

这项研究工作中柔性钙钛矿太阳能电池性能提高主要依赖于OAAc的本征柔性和其与钙钛矿材料之间较强的分子相互作用。通过有限元模拟和实验验证发现,OAAc可以作为表面粘附层和机械应力释放层,降低钙钛矿薄膜的残余应力。相应的柔性钙钛矿太阳能电池表现出优异的弯曲稳定性,即使在5毫米的弯曲半径下经过8000次循环后,光电转换效率仍保持在初始效率的74%以上。

除了增强器件的机械稳定性外,具有羰基和氨基的OAAc还可以钝化钙钛矿薄膜中的多种缺陷,抑制界面处的非辐射复合,进而提升器件的光电转换效率。此外,OAAc的疏水性烷基长链可以提高钙钛矿薄膜的疏水性,增强器件抵御外界水分侵蚀的能力。最终,采用OAAc处理的刚性钙钛矿太阳能电池实现了25.47%的光电转换效率(柔性钙钛矿太阳能电池为23.12%),并且具有良好的长期稳定性。

小结:作者通过在柔性钙钛矿太阳能电池中引入一层OAAc薄膜作为应力释放层,可以有效的缓解柔性器件承受的应力,提高器件的机械稳定性和光电转换效率。这种方法为柔性钙钛矿太阳能电池在各种柔性可穿戴设备及移动供电设备中的大规模应用奠定了基础。

来源:高分子科学前沿
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