噴墨打印鈣鈦礦單晶材料獲突破

柔性可穿戴電子是未來電子元器件發(fā)展的熱點方向，電源是其重要的組成部分。電源的選擇和設計影響未來可穿戴電子的設計與功能。目前，電源對可穿戴電子的戶外使用性、大面積貼合性和安全性有較大限制。

近年來，金屬有機雜化鈣鈦礦太陽能電池以其優(yōu)越的光電轉換性能而受到廣泛關注。基于鈣鈦礦材料平面結構器件的光電轉換效率在短短幾年時間取得重要突破，最高效率為22.1%。卓越的光電性能為其應用在可穿戴電子設備提供了可能。但柔性鈣鈦礦太陽能電池尚未能切實應用于可穿戴電子設備中，限制這一發(fā)展是因為目前柔性器件仍存在大面積重現(xiàn)性差和彎折性能衰減的問題。

在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，中科院化學研究所綠色印刷院重點實驗室研究員宋延林課題組，在印刷制備鈣鈦礦晶體及電池器件方面開展了深入系統(tǒng)的研究。他們在噴墨打印制備鈣鈦礦電池器件取得突破，實現(xiàn)了相比傳統(tǒng)工藝更環(huán)保的印刷制備方法。在噴墨打印鈣鈦礦單晶材料上取得進展，實現(xiàn)了印刷制備三基色鈣鈦礦發(fā)光單晶材料。

柔性器件彎折性能更穩(wěn)定

在上述研究基礎上，研究人員發(fā)現(xiàn)柔性鈣鈦礦器件中的介面層對鈣鈦礦層的生長和穩(wěn)定性具有較大影響。研究通過納米組裝-印刷方式制備的蜂巢狀納米支架可作為力學緩沖層和光學諧振腔，從而大幅提高柔性鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和力學穩(wěn)定性。

研究表明，蜂巢狀納米結構可以有效釋放器件彎折時產生的應力，并作為支架誘導鈣鈦礦薄膜結晶。同時，該結構作為光學諧振腔可對整個器件進行光富集調控，從而提高器件的光吸收效率。引入蜂巢狀納米支架后，所制備的柔性鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率達12.32%。進一步研究發(fā)現(xiàn)，該電池具備優(yōu)異的耐彎折性，可應用于柔性太陽能電池元件。該太陽能電池元件光電轉換效率高、性能穩(wěn)定，可廣泛應用于各類可穿戴器件。研究為研發(fā)新一代可穿戴電子設備提供了新的思路和方法，研究成果發(fā)表在AdvancedMaterials雜志上。