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柔性钙钛矿光伏电池可成为未来室内电子设备的动力来源

2020-05-12
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摘要 由柔性钙钛矿光伏电池(PSC)制造的室内发电,这种电池是在一卷接一卷的氧化铟锡(ITO)涂层超薄柔性玻璃(FG)基板上制造的,具有优异的透射率(>80%)、片电阻(13Ω/平方)和弯曲性,在20.5毫米的曲率下超过1600个弯曲程序。

  自主无线传感器、低功耗消费电子产品、智能家居、多移动技术和物联网的发展正在掀起一场革命。所有相关技术都需要高效且易于集成的能量收集装置来提供能量。未来几十年,预计将在室内环境中安装数十亿个无线传感器。

  超薄可弯曲基板上的室内光伏(PV)电源如果能为电子元件提供足够的能量,同时保持体积小、方便和经济,就有可能促进这些技术创新。这种能源供应将消除对电池的需求,并提供无缝集成。

  这些技术要求在薄而灵活的基底上安装光伏电池,这种电池能够在室内人工照明下提供优异的性能,其光谱和照明水平在家庭、商店和办公室中普遍存在(即100到500勒克斯)。这些数值比在户外阳光下发现的数值低两到三个数量级,用作典型太阳能电池的标准测试条件。

超薄柔性玻璃上的弯曲钙钛矿光伏电池。

  5月12日消息,一个由来自三个国家的研究人员组成的国际小组在细胞报告《物理科学》上发表了他们的研究成果。小组成员来自混合和有机太阳能中心、哥伦比亚内瓦苏尔科伦比亚大学罗马托尔韦加塔大学和德国德累斯顿弗劳恩霍夫有机电子研究所。

  他们报告说,由柔性钙钛矿光伏电池(PSC)制造的室内发电,这种电池是在一卷接一卷的氧化铟锡(ITO)涂层超薄柔性玻璃(FG)基板上制造的,具有优异的透射率(>80%)、片电阻(13Ω/平方)和弯曲性,在20.5毫米的曲率下超过1600个弯曲程序。他们在超薄柔性玻璃上优化了钙钛矿型光伏电池,在SnO2致密层上加入了介孔支架,在200和400 lux的LED照明下,电池效率分别达到20.6%(16.7μW/cm~2功率密度)和22.6%(35.0μW/cm~2)。

  所获得的效率是所有室内光伏电池技术中报告的最高的,该技术具有灵活性和可弯曲性,并且超过了先前在柔性基板上性能最好的钙钛矿光伏电池60%到90%的裕度。每克重量(W/g)的比功率(瓦特)比塑料PET薄膜的比功率高40-55%,比硬质玻璃的比功率大一个数量级。

  这些数字强调了这些超薄和超轻能源设备在室内电子元件中无缝集成的潜力。钙钛矿光伏电池的所有活性层都是在低温下通过溶液处理沉积的,这意味着在超薄柔性玻璃上实现器件的逐层制备不仅可以用于ITO层,还可以通过印刷技术实现其他所有层的制备。

  此外,即使是柔性形式的玻璃,也能对已知能降解钙钛矿材料的气体产生异常有效的渗透屏障,从而使这种技术成为未来室内电子设备的潜在动力来源。

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