柔性鈣鈦礦太陽能電池具有質量輕、可彎曲和高效率的特點,在可穿戴電子、柔性顯示和移動供電設備等領域有廣泛的應用前景。然而,柔性器件在彎曲過程中承受著較大的應力,云開(Kaiyun)會導致功能層開裂甚至剝離,進而影響柔性鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和長期穩定性,限制了商業化應用。
這項研究工作中柔性鈣鈦礦太陽能電池性能提高主要依賴于OAAc的本征柔性和其與鈣鈦礦材料之間較強的分子相互作用。通過有限元模擬和實驗驗證發現,OAAc可以作為表面粘附層和機械應力釋放層,降低鈣鈦礦薄膜的殘余應力。相應的柔性鈣鈦礦太陽能電池表現出優異的彎曲穩定性,即使在5毫米的彎曲半徑下經過8000次循環后,光電轉換效率仍保持在初始效率的74%以上。
除了增強器件的機械穩定性外,具有羰基和氨基的OAAc還可以鈍化鈣鈦礦薄膜中的多種缺陷,抑制界面處的非輻射復合,進而提升器件的光電轉換效率。此外,OAAc的疏水性烷基長鏈可以提高鈣鈦礦薄膜的疏水性,增強器件抵御外界水分侵蝕的能力。最終,采用OAAc處理的剛性鈣鈦礦太陽能電池實現了25.47%的光電轉換效率(柔性鈣鈦礦太陽能電池為23.12%),并且具有良好的長期穩定性。
小結:作者通過在柔性鈣鈦礦太陽能電池中引入一層OAAc薄膜作為應力釋放層,云開(Kaiyun)可以有效的緩解柔性器件承受的應力,提高器件的機械穩定性和光電轉換效率。這種方法為柔性鈣鈦礦太陽能電池在各種柔性可穿戴設備及移動供電設備中的大規模應用奠定了基礎。