北京大学朱瑞研究员、龚旗煌院士课题组在超轻薄柔性钙钛矿光伏电池研究方面取得新进展

北京大学朱瑞研究员、龚旗煌院士课题组在3 μm厚的、经平坦化转印处理的Parylene-C衬底之上，采用锆、钛、镓掺杂的氧化铟作为透明电极，实现了具有20.2%高效率的超轻超薄柔性钙钛矿器件。该效率与常规厚度柔性器件处于同一水平，但电池重量大幅度降低，因此实现了30.3 W g⁻¹的超高能质比。近日，相关研究成果以“超轻柔性钙钛矿太阳能电池（Ultralight Flexible Perovskite Solar Cells）”为题在线发表于Science China Materials。

超轻超薄（薄于10 μm）柔性钙钛矿电池作为优秀的供能器件已在全世界范围内吸引了研究者的目光。其具有超轻质的优势，适用于对器件重量较为敏感的特殊应用环境，例如无人机、高空气球、飞艇及航天器。但目前，超轻超薄器件与常规厚度柔性器件相比，转化效率仍有差距。

鉴于此，北京大学朱瑞研究员和龚旗煌院士课题组提出了一种超轻超薄柔性钙钛矿（FPSCs）太阳能电池制备策略，其能量转换效率（PCE）与常规厚度柔性器件处于同一水平。首先通过化学气相沉积法（CVD）在预清洗的玻璃上沉积3 μm厚的Parylene-C，通过转印技术得到平坦化的Parylene-C表面，并在其上溅射锆、钛、镓掺杂的氧化铟（ITGZO）作为透明电极，制备钙钛矿器件。同时，亦制备了基于刚性玻璃和Parylene-F（即Parylene-VT4）衬底的参比器件以证明Parylene-C衬底的优势。

图1. 超薄Parylene基柔性钙钛矿太阳能电池的制备流程图。（a）在玻璃上沉积Parylene；（b）涂布PDMS并盖上另一玻璃；（c）待PDMS固化后剥离并翻转；（d）按衬底大小裁剪薄膜；（e）溅射ITGZO；（f）制备钙钛矿光伏电池；（g）将电池从PDMS上剥离；（h）制备完成的超轻薄器件 

Parylene-F基的钙钛矿层表面有明显的针孔，底部界面有较大的界面空隙，而在Parylene-C和刚性玻璃衬底上，钙钛矿层没有这些缺陷，有利于钙钛矿器件性能的提高。

图2. Parylene-F/ITGZO，Parylene-C/ITGZO和glass/ITO基底上钙钛矿薄膜的顶部（a-c）和截面（d-f）的SEM图

该工作实现了具有20.2%高效率的超轻超薄柔性钙钛矿器件，与常规厚度柔性器件处于同一水平。同时凭借着高效率和超轻薄，该工作实现了30.3 W g⁻¹的超高能质比，展示出Parylene-C在制造超轻超薄高效率光伏电池中的潜力。

图3 （a）Parylene-F/ITGZO，Parylene-C/ITGZO和glass/ITO基的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线；（b）15个Parylene-F和15个Parylene-C基的FPSCs的效率分布；（c）Parylene-C基的FPSC在50次连续弯折后的机械稳定性；（d）曲率半径为1 mm的Parylene-C基的FPSC的照片；（e）glass/ITO（左）和Parylene-C/ITGZO（右）基的钙钛矿太阳能电池重量的照片；（f）具有高能质比的轻质太阳能电池的对比 

北京大学长三角光电科学研究院吴疆博士与北京大学物理学院2019级博士生陈鹏为文章共同第一作者，物理学院朱瑞研究员为通讯作者，合作者还包括集成电路学院王玮教授。上述研究工作得到北京市自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金，以及纳光电子前沿科学中心、量子物质科学协同创新中心、极端光学协同创新中心、北京大学长三角光电科学研究院等支持。

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Ultralight flexible perovskite solar cells. Jiang Wu, Peng Chen, Han Xu, et al. SCIENCE CHINA Materials. https://doi.org/10.1007/s40843-022-2075-7