刚柔并济，柔性钙钛矿最新七个亮点研究！

坡肉先生

2019-06-02

开卷有益

编者注：专栏丨杂谈钙钛矿的第3期突然更新，就问你惊不惊喜，高不高兴？看题说话，大家肯定猜到了本期要聊聊的是什么。对！就是柔性钙钛矿太阳能电池！不得不说，光伏新星依然在科学研究的天空熠熠生辉！

大家好，我是坡肉先生。今天是杂谈钙钛矿丨坡肉专栏第3期，这次要和大家分享的是主题是：“刚柔并济，钙钛矿就是这么全能”值得一提的是，就在2019年5月17日， Cell Press能源领域旗舰刊物——Joule报道了效率高达21.3%的柔性钙钛矿太阳能电池！这是目前柔性体系的最高值！本文系统地罗列了近期关于柔性钙钛矿光伏器件的研究进展，希望能给大家带来一些思考和启发。  

写在前面的话

随着可穿戴电子和钙钛矿光伏发电的蓬勃发展，柔性钙钛矿太阳能电池（PSC）已经成为驱动下一代电子产品的自供电源的有希望的候选者。可穿戴的PSC必须同时满足高功率效率、重量轻、环境稳定性灵活性、可拉伸性和可扭曲性，这对于实际应用是必不可少的。

佳作赏析

1.AFM：18.1%效率（亮点：低温合成的SnO₂）

南方科技大学的徐保民研究团队通过简单的水热处理在低至100°C的温度下合成出了表面清洁和高度结晶的SnO₂。基于SnO₂电子传输层的钙钛矿太阳能电池在刚性玻璃/ITO基底上显示出20.3％的效率，并且在柔性PEN/IT基底上的效率为18.1％，并且认证的效率为17.3％。

2.AM：18.1%效率!（亮点：光交联聚酯）

低温制备给了柔性器件钙钛矿电池很大机遇，然而柔性器件的机械稳定性一直存在问题。苏州大学王照奎，廖良生联合柏林亥姆霍兹材料与能源中心AntonioAbate团队采用光交联的聚酯（C-PCBOD）用于改善MAPbI₃钙钛矿膜的机械稳定性。此外，证明了C-PCBOD可以钝化钙钛矿的晶界和减少陷阱态，并增强了MAPbI₃的稳定性。因此，在刚性和柔性基材上制备MAPbI₃钙钛矿太阳能电池，效率分别为20.4％和18.1％。

3.JMCA：18.36％效率！（亮点：羧基的富勒烯衍生物）

柔性太阳能电池代表了一个独特的领域，其中混合钙钛矿可以找到与硅太阳能电池的互补应用。然而，钙钛矿太阳能电池在低温下制造电子传输层和空穴传输层的重大挑战，因为柔性基底通常不能承受高加工温度（> 150℃）。北京大学的Dongsheng Xu和Yongqi Liang团队在柔性PEN/ITO基底上、低温（140℃）沉积电子传输层SnO₂层，以及羧基的富勒烯衍生物（CPTA）界面层，显着改善了器件性能。该柔性的钙钛矿太阳能电池的效率为18.36％。在弯曲半径为5 mm的500次弯曲之后，电池仍保持其初始效率的75％。稳定性得到改善。

4. Nature Commun.：模组效率超过15%！（亮点：商业化SnO₂胶体）

武汉理工大学的黄福志研究团队展示了狭缝涂布制备高品质SnO₂薄膜，用于高效柔性钙钛矿太阳能电池。固有的滞后现象使用KOH界面钝化SnO₂层来抑制。结果表明K⁺促进钙钛矿颗粒的生长，钝化界面，并有助于提高电池效率和稳定性。小尺寸柔性电池实现17.18％效率，大尺寸（5×6 cm²）柔性模组的效率超过15％。这种钝化策略为钙钛矿太阳能电池规模化生产提供一条有效的途径。

5. AFM: 14.7%效率！（亮点：狭缝涂布-卷对卷工艺）

加热辅助沉积是一种行业友好的可扩展沉积方法。该制造方法与狭缝模头涂层一起使用，以通过卷对卷工艺制造钙钛矿太阳能电池。澳大利亚联邦科学与工业研究所Doojin Vak联合韩国光州科学技术院Dong‐Yu Kim团队采用了台式槽式模头涂布机在空气中，在刚性基底上进行狭缝涂布钙钛矿薄膜，证明了该方法的可行性。制造的电池表现出高达14.7％的效率。基于狭缝涂布制备的钙钛矿层和其他溶液处理层，制造的电池的效率可达11.7％，这是迄今为止从完全卷对卷加工的钙钛矿太阳能电池获得的最高效率。

6.Nano Energy：自供电可穿戴! （亮点：钙钛矿太阳能电池+锂离子电容器）

灵活组装中新兴的能量收集和存储集成系统提供了一种有前景的解决方案。然而，仍存在与主要集成电源的能量密度不足，总效率有限和输出电压低有关的严峻挑战。刘忠范和孙靖宇团队报道了一种柔性钙钛矿太阳能电池（PSC）驱动的可光再充电锂离子电容器（LIC），它将能量收集和存储与自供电可穿戴应变传感器集成。这种灵活的PSC-LIC模块可以提供8.41％的总效率和3 V的高输出电压，放电电流密度为0.1A g^-1。即使在1 A g^-1的高电流密度下，它仍然可以获得超过6％的总效率，优于目前最先进的光电充电电源。因此，自供电应变传感器可以在没有任何外部电源连接的情况下显示生理信号的精确和连续数据记录，从而实现一个智能系统内的能量收集，存储和利用的协同作用。这种多功能集成平台有望为实用的自供电可穿戴电子产品带来显着优势。

7. Joule：柔性最高效率！21.3%效率！（亮点：全钙钛矿串联器件）

多结全钙钛矿太阳能电池通过将多结结构中低热损耗的优势与钙钛矿的有益特性相结合，即低加工成本，高产量制造和兼容性。然而，实现高效串联有两个主要挑战：（1）设计复合层以有效地组合两个钙钛矿子电池，同时还防止顶部电池处理期间底部电池损坏和（2）实现高开路电压宽间隙子电池。

美国国家可再生能源实验室（NREL）的Axel F.Palmstrom等人克服了这两个挑战。首先，展示了由具有亲核羟基和胺官能团的超薄聚合物组成的成核层，用于通过原子层沉积（ALD）使共形的低导电性铝氧化锌层成核。该方法使得ALD生长的复合层能够减少在现有钙钛矿活性层顶部的溶液加工中的分流以及溶剂降解。接下来，展示了一种基于不匹配尺寸（二甲基铵和Cs）的A位阳离子的带隙调谐策略，以实现具有高稳定电压的1.7 eV钙钛矿。通过结合这些策略，制造了双端全钙钛矿串联太阳能电池，在刚性基底上的效率为23.1％；在柔性基底上的串联电池效率为21.3％，这是迄今为止报道的柔性薄膜太阳能电池的最高效率。

8.ACS Energy Lett.综述：可穿戴柔性器件

随着可穿戴电子和钙钛矿光伏发电的蓬勃发展，柔性钙钛矿太阳能电池（PSC）已经成为驱动下一代电子产品的自供电源的有希望的候选者。可穿戴的PSC必须同时满足高功率效率、重量轻、环境稳定性灵活性、可拉伸性和可扭曲性，这对于实际应用是必不可少的。从这个角度来看，宋延林课题组列出了使可穿戴钙钛矿电源蓬勃发展的关键点。依次分析可穿戴PSC的设计、质量、印刷方法和标准化测试。然后，总结了代表性的进展。最后，从光电子学和机械学两个角度提出全面的见解，以便在可穿戴PSC中进行未来研究，并展望可能的集成器件。

9. Angew综述：柔性器件的最新进展

柔性钙钛矿太阳能电池因其在轻型可穿戴，便携，可飞行等优势，在超轻空间和近空间应用方面具有巨大的潜力，而且其效率已超过18％。刘生忠课题组重点介绍了柔性钙钛矿太阳能电池的最新进展：低温制备方法，以改善钙钛矿薄膜的性能，如全覆盖，均匀的形态和良好的结晶度。考虑了关键的品质因数，例如高透射率，高载流子迁移率，合适的带隙和通过低温方法容易制造。开发柔性透明电极材料以增强器件的机械稳定性，柔性钙钛矿器件的稳定性。最后，提出柔性钙钛矿太阳能电池的展望及其成本，预期柔性钙钛矿太阳能电池的商业化可行性。

最后的胡思乱想

Energy Environ. Sci.,2015,8, 916-921 

看这张图，就会遐想万千！

以上九篇工作是关于柔性钙钛矿太阳能电池的最新报道的成果，如果想深入学习，还得探本溯源，博览群书般的在纳米人的官网上搜索相关文献，细细品味。畅想下，左手文献，右手文献，面前的电脑也是文献！这场景多么妙不可言呀！

下期见！SEE YOU!

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原文在这儿：

[1] Liu, C., Zhang, L.Z., Zhou, X. Y., Gao, J. S., Chen, W., Wang, X. Z., Xu, B. M., Hydrothermally Treated SnO₂ as the Electron Transport Layer in High‐Efficiency Flexible Perovskite Solar Cells with a Certificated Efficiency of 17.3%. Adv. Funct.Mater. 2019, 1807604.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201807604

[2] Li, M., Yang, Y.‐G., Wang, Z.‐K., Kang, T., Wang, Q., Turren‐Cruz, S.‐H., Gao, X.‐Y., Hsu, C.‐S., Liao, L.‐S., Abate, A., Perovskite GrainsEmbraced in a Soft Fullerene Network Make Highly Efficient Flexible Solar Cellswith Superior Mechanical Stability. Adv. Mater. 2019, 1901519.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901519

[3] Zhong, M., Liang, Y., Zhang, J., Wei, Z.,Li, Q. & Xu, D. Highly efficient flexible MAPbI3 solar cells with afullerene derivative-modified SnO2 layer as the electron transport layer. J.Mater. Chem. A, 2019

http://dx.doi.org/10.1039/C9TA00398C

[4] Bu, T. et al. Universal passivationstrategy to slot-die printed SnO₂ for hysteresis-free efficientflexible perovskite solar module. Nat. Commun. 9

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07099-9

[5] Kim, J.‐E., Kim, S.‐S.,Zuo, C., Gao, M., Vak, D., Kim, D.‐Y., Humidity‐Tolerant Roll‐to‐RollFabrication of Perovskite Solar Cells via Polymer‐Additive‐Assisted Hot Slot Die Deposition. Adv. Funct. Mater. 2019, 1809194.

https://doi.org/10.1002/adfm.201809194

[6] Li, C.; Cong, S.; Tian, Z.; Song, Y.; Yu, L.; Lu, C.;Shao, Y.; Li, J.; Zou, G.; Rümmeli, M. H.; Dou, S.; Sun, J.; Liu, Z. Flexible perovskite solarcell-driven photo-rechargeable lithium-ion capacitor for self-powered wearable strainsensors. Nano Energy, 2019

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519302563

[7] Palmstrom, A. F.; Eperon, G. E.; Leijtens, T.; Prasanna, R.;Habisreutinger, S. N.; Nemeth, W.; Gaulding, E. A.; Dunfield, S. P.; Reese, M.;Nanayakkara, S.; Moot, T.; Werner, J.; Liu, J.; To, B.; Christensen, S. T.;McGehee, M. D.; van Hest, M. F. A. M.; Luther, J. M.; Berry, J. J.; Moore, D.T., Enabling Flexible All-Perovskite Tandem Solar Cells. Joule 2019.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119302521

[8] Xiaotian Hu, Fengyu Li, and Yanlin Song. WearablePower Source: A Newfangled Feasibility for Perovskite Photovoltaics. ACS Energy Lett., 2019.

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsenergylett.9b00503

[9] Yang, D., Yang, R., Priya, S. & Liu,S. Recent Advanced in Flexible Perovskite Solar Cell: Fabrication andApplication. Angew. Chem. Int. Ed., 2018.

https://doi.org/10.1002/anie.201809781