柔性光伏電池已不新鮮，不過，可以折疊、拉伸的柔性電池聽說過么？近日從中科院寧波材料所獲悉，該所柔性光電材料團(tuán)隊(duì)通過器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合柔性替代材料的辦法，成功制備了具有高度穩(wěn)定性的可折疊和可拉伸紙基太陽能電池，未來有望在便攜可穿戴、柔性自供電電子系統(tǒng)等領(lǐng)域得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

柔性太陽能電池具有低成本、高功率質(zhì)量比、可變形等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛。但是，開發(fā)具有高度穩(wěn)定性的可折疊、可拉伸太陽能電池仍然是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

“相比彎曲時(shí)受到毫米曲率半徑下彎折，折疊時(shí)器件經(jīng)歷的是亞毫米極端曲率半徑下彎折，器件內(nèi)應(yīng)力急劇增加，極易導(dǎo)致電池失效。”王維燕老師介紹，他們通過采用超薄襯底降低器件在折疊時(shí)受到的應(yīng)力，并結(jié)合采用氧化物/超薄銀金屬/氧化物可折疊透明電極代替氧化銦錫脆性電極，實(shí)現(xiàn)了可折疊有機(jī)、鈣鈦礦電池。

另一方面，作為柔性供電源，太陽能電池的耐拉伸應(yīng)變量和拉伸穩(wěn)定性也是重要指標(biāo)。有沒有可能通過創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提升柔性太陽能電池的耐拉伸性？

受中國古代剪紙藝術(shù)啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)與蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司和浙江大學(xué)合作，采用剪紙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得整個(gè)器件在大拉伸應(yīng)變下受到的應(yīng)力指數(shù)級(jí)降低，從而實(shí)現(xiàn)了耐200%拉伸應(yīng)變，同時(shí)150%應(yīng)變下可穩(wěn)定拉伸1000次的鈣鈦礦電池。此外，基于剪紙結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池還具有扭曲、彎折等變形能力。這類基于剪紙結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池具有變形能力強(qiáng)和制造工藝簡單等優(yōu)勢。

值得一提的是，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的可折疊薄膜太陽電池采用質(zhì)輕、低成本、可折疊、可降解的紙基襯底，通過功能層及有機(jī)-無機(jī)界面特性改善，紙基鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了13.19%，為文獻(xiàn)報(bào)道的紙基太陽電池最高效率。超高的光電轉(zhuǎn)化效率，使得該類產(chǎn)品未來有希望成為便攜可穿戴系統(tǒng)的理想功率源。

可以變形的太陽能電池，擁有廣泛應(yīng)用前景。“比如可以貼在建筑、交通設(shè)施或可穿戴設(shè)備的表面，賦予傳統(tǒng)產(chǎn)品新功能，也可以作為柔性功率源與其它柔性光電器件集成，形成自供電的柔性電子系統(tǒng)。”王維燕老師介紹，在原型器件研發(fā)成功之后，他們目前正在進(jìn)行大面積太陽能組件的研發(fā)，同時(shí)還正在尋求合作單位，將可變形太陽能電池應(yīng)用到可穿戴產(chǎn)品中去，推向真正的產(chǎn)業(yè)化。