大连理工大学史彦涛Energy Environ. Sci.：柔性可拆卸钙钛矿电池

【引言】

新兴的钙钛矿材料，凭借其理想的光电属性以及相对简易的制备工艺，在挑战硅光伏的主导地位上逐渐显示出巨大的潜力。钙钛矿型太阳能电池（PSCs）的转换效率（PCE）已超过22％，具有完全竞争力。然而值得注意的是，高效率PSCs普遍采用通过高真空沉积技术的贵金属作为对电极。从实验室规模到工业量产，不可避免需要考虑成本。目前，已经引入了行业友好的沉积方式，诸如丝网印刷，卷对卷印刷，刮涂，以及喷涂。几种可替代的对电极，包括碳材料，蜡烛烟灰和导电聚合物/金属网格等，已成功应用于PSCs，同时不会大大牺牲电池效率。考虑到各种外部因素如高温，腐蚀性溶液，紫外光和臭氧等将加速钙钛矿材料或器件腐蚀退化。以上研究强调个体制造电池组件的可行性，为我们自由设计、裁剪和甚至修复功能层，提供了更大的空间。

【成果简介】

近期，大连理工大学史彦涛教授（通讯作者）等人在Energy & Environmental Science 上发表了最新研究成果 “Flexibly assembled and readily detachable photovoltaics”。该研究提出了一种新颖的堆叠电池结构，每个堆叠PSC（S-PSC），其中包含两个半电池，基于钙钛矿的光电阳极和PEDOT：PSS /导电基底为主的对电极。两个半电池简单堆叠在一起，无需额外的工艺。可用的对电极有七种导电基低，包含ITO / PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）、铝片、铜片、FTO、铝箔、钢板和铜箔。然后设法探究其电学和机械性能，最终实现了具有灵活的组装，反复拆卸和轻松维护的新型太阳能电池。

【图文导读】

图1：各种电极基底的堆叠PSCs结构化及相应的PCE

图2：光电阳极的截面SEM图及能级图

图3：七种不同PSC的电化学阻抗谱

(a) 七种不同PSC的C-f图；

(b) 不同PSC基底的Nyquist图；

(c) 高频区域的放大图。

图4：两种PEDOT：PSS的SEM透视图及接触角

(a) PEDOT：PSS和(b) 含有TBP和锂盐的PEDOT：PSS的SEM透视图; (c) PEDOT：PSS和(d) 含有TBP和锂盐的PEDOT：PSS的在去离子水下的接触角。

图5：基于PEDOT:PSS 及 TL-PEDOT电池的电化学阻抗谱

(a) 基于PEDOT:PSS 及 TL-PEDOT:PSS电池的C-f图；

(b) 基于PEDOT:PSS 及 TL-PEDOT:PSS电池的Nyquist图；

(c) 高频区域的放大图。

图6：基于PEDOT:PSS 及 TL-PEDOT电池的器件性能及稳定性测试

(a) 基于PEDOT:PSS和TL-PEDOT:PSS器件的最优J–V 曲线；

(b) 0.7 V偏压下600 s内的基于TL-PEDOT:PSS电池的器件性能；

(c) 0.7 V偏压下300 s内的两者电池的PCE对比；

(d) 长时间稳定测试。

图7：拆卸实验示意图及重复拆卸稳定性图

(a) 拆卸实验示意图；

(b) 重复拆卸稳定性试验后PSC的PCE归一化图。

【小结】

在该文中，研究人员成功制备了柔性组装及易于拆卸的钙钛矿太阳能电池。通过一个一系列性能优化，TBP和锂盐引入到PEDOT：PSS层有利于空穴传输和抑制的界面接触电荷复合，从而改善了界面接触。 最终得到了可长期稳定的电池，其PCE为14.62％。多种电极基底的兼容性赋予了该PSC在未来的制造和应用光明的前景，为设计具有创新，生产，存储和长期维护的电池铺平了道路。

文献链接: Wang S, Hou K, Xing Y, et al. Flexibly Assembled and Readily Detachable Photovoltaics[J]. Energy & Environmental Science, 2017.

本文由材料人编辑部魏昌庭编译，周梦青审核，点我加入材料人编辑部。

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