纳米印刷再创奇迹：“印”出柔性可穿戴的钙钛矿太阳能电池
导语
啥？手机电脑电视也能变弯？还能穿戴在身上？没错，我们就要告别硬邦邦的玻璃屏幕，走进柔性显示技术新时代。最新涌现的壁纸式oled（有机发光二极管）显示板，让穿戴设备不再那么遥远。太阳能电池技术更是锦上添花。近期，中科院化学所宋延林研究员课题组和南昌大学陈义旺教授等合作，通过一种纳米组装-印刷的方式，大幅提高了柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和力学稳定性，使大尺寸柔性钙钛矿太阳能电池应用于可穿戴设备变得更加可行，也为研发新一代可穿戴电子设备提供了新的思路和方法。
撰文｜武瑞雪（化学博士、中科幻彩首席运营官）
责编｜李 娟
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电源是柔性可穿戴电子器件的核心部分。电源的选择和设计直接影响可穿戴电子的设计与功能。与传统电源不同，金属钙钛矿太阳能电池（pscs）具有柔性、质轻和光伏效率高的优点，有望成为可穿戴电子设备理想的电源。但是，柔性器件的光电转换效率大面积重现性低，弯折力学稳定性差，限制了钙钛矿太阳能电池的广泛应用。
如何提高柔性钙钛矿太阳能电池性能呢？关键就是解决易脆钙钛矿材料与柔性器件力学稳定性的矛盾。
近日，中科院化学所宋延林研究员课题组的研究人员创造性地通过纳米组装-印刷方式，制备出蜂巢状的微纳米支架，并作为力学缓冲层和光学谐振腔，大幅提高了柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和力学稳定性。
►图片：制备与形态表征（a）纳米蜂巢支架的组装-印刷制备流程。（b）引入蜂巢状纳米支架提高力学稳定性的机理。（c,d）可穿戴柔性太阳能电源的展示。（e,f）蜂巢状纳米支架和柔性太阳能电池的电子显微镜图
目前的主流平面钙钛矿太阳能电池结构，窗口界面层会消耗相当部分的入射光，不利于钙钛矿层的光吸收。相比平面型结构，蜂巢状纳米支架的引入，提高了钙钛矿层在基底的附着。
蜂巢状纳米支架与钙钛矿层相互填充，可以充当光学谐振腔，对器件的光路进行调节，显著提高入射光利用率，降低光的反射。研究发现，该光学谐振腔可以将光富集有效提高27%。
同时，当器件处于弯折状态时，蜂巢状纳米支架能有效释放钙钛矿晶界处的应力，从而提高钙钛矿层的力学稳定性。
►图片：钙钛矿太阳能电池的性能（a，b）太阳能电池的电流密度-电压特性曲线。（c，d）柔性太阳能电池在不同曲率半径下的弯折性力学测试。（e,f）柔性太阳能电池弯折测试后的电子显微镜图。
通过引入蜂巢状纳米支架，能将一平方厘米的柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到12.32%。
该太阳能电池组件有以下优点：光电转换效率高、性能稳定、具备优异的耐弯折性能，是柔性可穿戴器件的重要突破，并为研发新一代可穿戴电子设备提供了新的思路和方法。
这项研究结果发表在adv. mater. 杂志上（adv. mater.2017,29,1703236）。
这种纳米组装-印刷的方法，是纳米绿色印刷技术在先进制造领域的新突破，对印刷制造大尺寸高性能柔性可穿戴钙钛矿太阳能电池具有重要意义。
感谢中科院化学所宋延林研究员和胡笑添博士对本文写作的帮助。
制版编辑： 许逸｜
