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近年來(lái)，柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其可溶液加工、質(zhì)輕、成本低等優(yōu)勢(shì)，有望成為可持續(xù)發(fā)展可拉伸應(yīng)用的光伏技術(shù)。然而，機(jī)械柔韌性和環(huán)境穩(wěn)定性難以兼具限制了柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池進(jìn)一步的發(fā)展應(yīng)用。

針對(duì)上述問(wèn)題，南昌大學(xué)教授陳義旺、研究員胡笑添團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員宋延林課題組，受混凝土增韌結(jié)構(gòu)啟發(fā)，將帶有磺酸基的磺化氧化石墨烯(s-GO)通過(guò)與鈣鈦礦前驅(qū)體材料相互作用，形成具有“水泥”支架結(jié)構(gòu)的晶界。這種方法可以同時(shí)增強(qiáng)鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度，并鈍化黏結(jié)晶界。相關(guān)論文近日發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》。

可拉伸基底上晶體的脆性和鈣鈦礦的差結(jié)晶性，會(huì)造成柔性器件不可避免的性能損失和急速下降的穩(wěn)定性。實(shí)際上，水分子往往是從鈣鈦礦薄膜的晶界處侵襲使得薄膜開(kāi)始降解的，而晶界也是薄膜力學(xué)性能最差、最容易斷裂的部分。

研究顯示，帶有s-GO的可拉伸柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定效率為20.56% (1.01平方厘米)，回滯現(xiàn)象可實(shí)現(xiàn)消除，并和剛性基底上的性能相當(dāng)。其中，s-GO中的磺酸基與晶界處的碘化鉛形成的復(fù)合物(s-GO-PbI2)能有效鈍化碘離子缺陷，同時(shí)提高結(jié)晶性，使得器件性能明顯提升。

最重要的是，s-GO-PbI2作為一種不溶于水的含氧酸鉛鹽，以“水泥”支架的形式填充在晶界，釋放機(jī)械應(yīng)用，并黏結(jié)晶界處的裂紋，使得晶界處的剛性和疏水性能大幅度提高，大大提升了柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的機(jī)械耐彎折性和環(huán)境穩(wěn)定性。

通過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該電池經(jīng)過(guò)上萬(wàn)次極限彎折半徑循環(huán)處理后，仍能保持初始效率的80%以上，并克服了大角度彎折的挑戰(zhàn)(在彎折角度到達(dá)70度時(shí)還有18.15%的效率)。此外，在環(huán)境條件下存放180天后，依然有原始效率的90%。這種巧妙的反向增強(qiáng)晶界力學(xué)性能來(lái)提高薄膜耐彎折性的策略，將為柔性可拉伸電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)提供新的方法。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.10.023

原標(biāo)題：給柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池安上“水泥”支架