Materials Today综述：柔性钙钛矿电池近年来进展

【引言】

金属卤化物钙钛矿材料具有高吸收系数，高载流子扩散长度，可调节带隙的优点，成为最近热门的研究领域，也被认为是下一代太阳能电池的重要候选材料。更为重要的是，钙钛矿电池的制作流程可以在低温下完成 （约100℃），为柔性钙钛矿电池提供了有利理论和制造基础。配合如今成熟的电池制备技术（如喷涂，打印，以及刮涂等），柔性钙钛矿电池的制造成本可以进一步降低，为实现低成本，工业化提供了行之有效的途径。随着柔性手机，柔性显示器，和其他各类柔性电子产品的蓬勃发展，柔性电池不可避免地成为未来最有潜力的技术之一。而柔性钙钛矿电池具有的一些特殊优势，例如高效率，高度便携，以及超高的性价比无疑会成为未来的电子产品不可或缺的一部分。尽管近年来柔性钙钛矿电池的性能发展迅猛，但是仍然面临一些挑战，极大的制约了柔性钙钛矿电池的实际应用。第一个是挑战是稳定性。相比于刚性玻璃基底的电池，柔性衬底的水氧透过率较高从而导致钙钛矿结构较快失效。对于柔性电池的评测，机械稳定性也是一个重要的参数。传统的电池基本都基于氧化铟锡 （ITO）,而ITO的机械性能不尽人意。第二个挑战是光电转化效率。如今柔性钙钛矿电池的认证效率达到了19.5%，但是仍然落后于刚性电池（25.2%）。第三个挑战是大面积电池。即使效率已经接近20%，但是高效只存在于小面积电池（通常小于0.1cm²），随着电池面积的不断扩大，效率损失也在逐步增加。因此，需要定期的系统的对近期柔性钙钛矿电池的发展进行回顾，为其未来的发展提供一些思路，从而加速其产业化的进程。

【成果简介】

近日，Dr. Wei Zhang from University of Surrey, 系统的总结了近些年柔性钙钛矿电池的发展，从材料选择到大面积电池制作工艺进行了一个综合的分析。通过分析近三年的柔性钙钛矿电池的发展，该论文为发展高稳定性，高效率，低成本的柔性电池提供了一些思路。为加速产业化进程，文中系统的比较了各种大面积电池的制作技术，分别从企业的角度分析了每个制作工艺的优劣性，为柔性电池的大规模生产奠定理论基础。最后，该论文通过总结和借鉴相关领域的封装策略（如刚性电池封装，LED的封装），为柔性钙钛矿电池的封装提供了新思路。该成果以题为 “Critical Review of Recent Progress of Flexible Perovskite Solar Cells”发表于Materials Today上。

【图文导读】

图一：柔性智能设备的市场发展和柔性钙钛矿电池的成果走势

图二：柔性电池的未来应用场景。

a) 太阳能电动汽车；b) 等待安装的发电网；c) 太阳能背包；d) 智能眼镜； e) 柔性钙钛矿电池； f) 无人机； g) 智能外套； h) 野外帐篷； i) 为帆船提供动力。  

图三： 柔性钙钛矿电池大规模生产工艺。

a) 喷墨打印； b) 喷涂；c) 刮涂； d) 狭缝式涂布.

图四：一些封装材料的水汽透过率。

图五：为取代昂贵的ITO层，碳材料由于其价格低，环境稳定和优异的机械性能被认为是最有希望取代ITO的材料之一。

a) 全碳结构钙钛矿柔性电池；b) 电池内每层材料的能级；c) 以碳纳米管和石墨烯为衬底的柔性钙钛矿电池； d) 不同衬底的柔性电池的弯折测试。

【小结】

综上，该论文全面的分析了近些年柔性钙钛矿电池的发展，包括柔性衬底，空穴传输层，电子传输层，钙钛矿层，电极材料，以及大规模生产和封装的策略，呈现了对未来柔性钙钛矿电池发展的预期，同时展望了未来柔性电池的应用场景。针对现阶段面临的挑战，该论文通过分析总结和借鉴相关领域的发展，提出了一系列可行的思路和建议，为未来的实现低成本，高效率，高稳定性的柔性钙钛矿电池的商业化发展提供了理论基础。

文章链接：Critical review of recent progress of flexible perovskite solar cells, Mater. Today https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.05.002