柔性太陽能電池已不新鮮，不過，可以折疊、拉伸的柔性電池聽說過么?近日從中科院寧波材料所獲悉，該所柔性光電材料團隊通過器件結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合柔性替代材料的辦法，成功制備了具有高度穩(wěn)定性的可折疊和可拉伸紙基太陽能電池，未來有望在便攜可穿戴、柔性自供電電子系統(tǒng)等領(lǐng)域得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

柔性太陽能電池具有低成本、高功率質(zhì)量比、可變形等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣泛。但是，開發(fā)具有高度穩(wěn)定性的可折疊、可拉伸太陽能電池仍然是個巨大的挑戰(zhàn)。

“相比彎曲時受到毫米曲率半徑下彎折，折疊時器件經(jīng)歷的是亞毫米極端曲率半徑下彎折，器件內(nèi)應(yīng)力急劇增加，極易導(dǎo)致電池失效。”王維燕老師介紹，他們通過采用超薄襯底降低器件在折疊時受到的應(yīng)力，并結(jié)合采用氧化物/超薄銀金屬/氧化物可折疊透明電極代替氧化銦錫脆性電極，實現(xiàn)了可折疊有機、鈣鈦礦電池。

另一方面，作為柔性供電源，太陽能電池的耐拉伸應(yīng)變量和拉伸穩(wěn)定性也是重要指標。有沒有可能通過創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計來提升柔性太陽能電池的耐拉伸性?

受中國古代剪紙藝術(shù)啟發(fā)，團隊與蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司和浙江大學(xué)合作，采用剪紙結(jié)構(gòu)設(shè)計使得整個器件在大拉伸應(yīng)變下受到的應(yīng)力指數(shù)級降低，從而實現(xiàn)了耐200%拉伸應(yīng)變，同時150%應(yīng)變下可穩(wěn)定拉伸1000次的鈣鈦礦電池。此外，基于剪紙結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池還具有扭曲、彎折等變形能力。這類基于剪紙結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池具有變形能力強和制造工藝簡單等優(yōu)勢。

值得一提的是，該團隊研發(fā)的可折疊薄膜太陽電池采用質(zhì)輕、低成本、可折疊、可降解的紙基襯底，通過功能層及有機-無機界面特性改善，紙基鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率達到了13.19%，為文獻報道的紙基太陽電池最高效率。超高的光電轉(zhuǎn)化效率，使得該類產(chǎn)品未來有希望成為便攜可穿戴系統(tǒng)的理想功率源。

可以變形的太陽能電池，擁有廣泛應(yīng)用前景。“比如可以貼在建筑、交通設(shè)施或可穿戴設(shè)備的表面，賦予傳統(tǒng)產(chǎn)品新功能，也可以作為柔性功率源與其它柔性光電器件集成，形成自供電的柔性電子系統(tǒng)。”王維燕老師介紹，在原型器件研發(fā)成功之后，他們目前正在進行大面積太陽能組件的研發(fā)，同時還正在尋求合作單位，將可變形太陽能電池應(yīng)用到可穿戴產(chǎn)品中去，推向真正的產(chǎn)業(yè)化。

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