中科院宁波材料所研发能“变形”的太阳能电池

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柔性太阳能电池已不新鲜，不过，可以折叠、拉伸的柔性电池听说过么?近日从中科院宁波材料所获悉，该所柔性光电材料团队通过器件结构设计结合柔性替代材料的办法，成功制备了具有高度稳定性的可折叠和可拉伸纸基太阳能电池，未来有望在便携可穿戴、柔性自供电电子系统等领域得到产业化应用。
柔性太阳能电池具有低成本、高功率质量比、可变形等优点，应用前景广泛。但是，开发具有高度稳定性的可折叠、可拉伸太阳能电池仍然是个巨大的挑战。
“相比弯曲时受到毫米曲率半径下弯折，折叠时器件经历的是亚毫米极端曲率半径下弯折，器件内应力急剧增加，极易导致电池失效。”王维燕老师介绍，他们通过采用超薄衬底降低器件在折叠时受到的应力，并结合采用氧化物/超薄银金属/氧化物可折叠透明电极代替氧化铟锡脆性电极，实现了可折叠有机、钙钛矿电池。
另一方面，作为柔性供电源，太阳能电池的耐拉伸应变量和拉伸稳定性也是重要指标。有没有可能通过创新的结构设计来提升柔性太阳能电池的耐拉伸性?
受中国古代剪纸艺术启发，团队与苏州协鑫纳米科技有限公司和浙江大学合作，采用剪纸结构设计使得整个器件在大拉伸应变下受到的应力指数级降低，从而实现了耐200%拉伸应变，同时150%应变下可稳定拉伸1000次的钙钛矿电池。此外，基于剪纸结构的钙钛矿电池还具有扭曲、弯折等变形能力。这类基于剪纸结构的钙钛矿电池具有变形能力强和制造工艺简单等优势。
值得一提的是，该团队研发的可折叠薄膜太阳电池采用质轻、低成本、可折叠、可降解的纸基衬底，通过功能层及有机-无机界面特性改善，纸基钙钛矿电池光电转换效率达到了13.19%，为文献报道的纸基太阳电池最高效率。超高的光电转化效率，使得该类产品未来有希望成为便携可穿戴系统的理想功率源。
可以变形的太阳能电池，拥有广泛应用前景。“比如可以贴在建筑、交通设施或可穿戴设备的表面，赋予传统产品新功能，也可以作为柔性功率源与其它柔性光电器件集成，形成自供电的柔性电子系统。”王维燕老师介绍，在原型器件研发成功之后，他们目前正在进行大面积太阳能组件的研发，同时还正在寻求合作单位，将可变形太阳能电池应用到可穿戴产品中去，推向真正的产业化。

广东省太阳能协会