我所克服了柔性鈣鈦礦太陽能電池的加工溫度限制

近日，我所太陽能研究部薄膜太陽能電池研究組（DNL1606組）楊棟研究員和劉生忠研究員團隊利用熱輻射退火技術，克服了柔性鈣鈦礦太陽能電池的加工溫度限制，為解決柔性太陽能電池加工過程中存在的柔性基底“聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）”低溫限制問題提供了方案。團隊通過將熱輻射退火技術與熱電冷卻技術相結合，實現了在PET基底上高溫制備緩沖層和鈣鈦礦吸光層。

柔性鈣鈦礦太陽能電池（FPSCs）具有輕薄、可彎曲、功質比高等優勢，適用于各種曲面和應用場景，例如智能手機、可穿戴設備、戶外用品等。然而，由于常用的柔性聚合物PET基底的玻璃化轉變溫度較低，致使其加工溫度需要控制在較低溫度內，這一限制大大縮小了材料選擇的范圍，并阻礙了成熟技術從玻璃基底轉移到柔性基底。因此，解決聚合物柔性基底的溫度限制具有重要意義，但目前這方面的研究卻鮮有報道。

太陽能電池制造過程中一般需要較高溫度處理，高溫不僅可以實現鈣鈦礦活性層的最佳結晶，而且對界面緩沖材料內形成熱輔助的長距離分子有序結構也至關重要。本工作中，團隊采用非接觸式熱輻射退火技術，并結合了熱電冷卻技術，實現了聚合物柔性基底內的溫度梯度分布，抑制了機械變形，保持了聚合物柔性電極的性能。研究還發現，熱輻射退火技術可以使緩沖層中的分子堆積重新有序排列，這種有序的分子層可以實現頂部鈣鈦礦多晶薄膜的定向生長。本工作通過新開發的熱輻射退火技術，在PET/ITO襯底上實現了鈣鈦礦薄膜在垂直方向上的高有序生長，獲得了效率為22.61%的柔性鈣鈦礦太陽能電池。

近年來，楊棟和劉生忠團隊在柔性鈣鈦礦太陽能電池方向取得了一系列進展，包括開發柔性鈣鈦礦太陽能電池中的低溫電子傳輸材料（Adv. Mater.，2016）、設計柔性鈣鈦礦太陽能電池中的添加劑（Adv. Mater.，2018)、發展柔性鈣鈦礦太陽能電池中的界面修飾（Nat. Commun.，2018；Adv. Mater., 2023）等；并多次撰寫了柔性鈣鈦礦太陽能電池相關的綜述（Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2023; Adv. Mater.，2024；Joule，2024）。

上述成果以“Thermal Radiation Annealing for Overcoming Processing Temperature Limitation of Flexible Perovskite Solar Cells”為題，于近日發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。該工作的第一作者是我所DNL1606組聯合培養博士研究生劉潔瓊。上述工作得到國家自然科學基金等項目的資助。（文/圖 劉潔瓊、段連杰）

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202401236