近日，中科院化學(xué)所蘇萌研究員(第十批會(huì)員)團(tuán)隊(duì)與在柔性可穿戴鈣鈦礦太陽(yáng)電池的印刷集成方面取得新進(jìn)展。 鈣鈦礦太陽(yáng)電池由于其高效、柔性質(zhì)輕、低成本以及可低溫溶液加工的特性，在諸如建筑一體化設(shè)備、智能汽車(chē)和可穿戴電子產(chǎn)品的下一代光伏應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注。然而，柔性鈣鈦礦太陽(yáng)電池的商業(yè)化遭受器件長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性和機(jī)械耐久性的阻礙，這些不穩(wěn)定因素主要源自器件力學(xué)形變時(shí)產(chǎn)生的缺陷及損耗。 前期工作中，宋延林研究員與蘇萌研究員團(tuán)隊(duì)在納米綠色印刷制備高性能柔性鈣鈦礦光電器件方面已獲得一系列進(jìn)展（Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101291; ACS Nano. 2022, 16, 20094-20099; Infomat. 2022, 4, e1235; J. Mater. Chem. A 2022, 10, 18762-18772; Adv. Intell. Syst. 2023, 5, 2200307）。發(fā)展了鈣鈦礦光電器件的高通量印刷制備技術(shù)，闡明了擴(kuò)散控制的晶體生長(zhǎng)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了可體溫性能恢復(fù)的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)電池的印刷集成，用于可穿戴電子設(shè)備的電力供應(yīng)。 最近，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種有序電荷傳輸通道的增韌策略，即通過(guò)液晶彈性體構(gòu)建取向界面分子夾層，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可穿戴鈣鈦礦太陽(yáng)電池的集成制備。首先，液晶分子順序在液晶二丙烯酸酯單體和含二硫醇端基的液晶低聚物發(fā)生光聚合時(shí)會(huì)被立即鎖定，形成有序組裝的液晶彈性體夾層，它能夠提供更高的表面能和成核密度，從而促進(jìn)鈣鈦礦薄膜的致密化過(guò)程，同時(shí)優(yōu)化電荷收集效率，并最大程度抑制底部界面處的載流子復(fù)合，因此獲得了效率高達(dá)23.26%的剛性器件和22.10%的柔性器件。由于液晶彈性體夾層的存在，上層鈣鈦礦晶體在持續(xù)光照下的相偏析得到有效抑制，并且可以通過(guò)有序分子堆積釋放電子傳輸層與鈣鈦礦層之間的界面殘余應(yīng)力，結(jié)合彈性體界面的構(gòu)筑降低ITO和鈣鈦礦薄膜的整體應(yīng)力分布，優(yōu)化后的電池器件在5000次彎曲循環(huán)后仍能維持初始效率的86%，在持續(xù)工作1570 h后能夠保持初始效率的80%以上。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將這種可靠太陽(yáng)電池芯片集成至可穿戴觸覺(jué)感知設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)中疼痛感知系統(tǒng)的成功搭建。 上述研究成果于2023年3月2日以“Wearable perovskite solar cells by aligned liquid crystal elastomers”為題發(fā)表在Nature Communications期刊上（Nat. Commun. 2023, 14, 1204）。中科院化學(xué)所黃增麒博士為第一作者，中科院化學(xué)所宋延林和蘇萌研究員、江西師范大學(xué)陳義旺教授和蘇州科技大學(xué)李琳博士為通訊作者。該研究得到了中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市科委等項(xiàng)目的支持。 文章鏈接 
基于液晶彈性體增韌的可穿戴鈣鈦礦太陽(yáng)電池
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