中科院大连化物所突破柔性钙钛矿太阳能电池技术瓶颈，建成百米长卷对卷产线
中科院大连化物所突破柔性钙钛矿太阳能电池技术瓶颈，建成百米长卷对卷产线
近日，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）在柔性钙钛矿太阳能电池领域取得重大突破。由杨栋研究员和刘生忠研究员带领的团队，成功建成百米长卷对卷柔性钙钛矿组件产线，连续制备长度达到100米，研发的350mm×1050mm大面积柔性组件效率高达17.75%。这一突破不仅展现了我国在钙钛矿太阳能电池领域的技术实力，更为未来大规模商业化应用奠定了坚实基础。
突破温度限制：热辐射退火技术的创新应用
在柔性钙钛矿太阳能电池的制备过程中，一个关键挑战是柔性基底的温度限制。常用的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底玻璃化转变温度较低，传统高温处理会导致基底变形，影响器件性能。大连化物所团队创新性地采用热辐射退火技术，结合热电冷却技术，成功解决了这一难题。
通过非接触式热辐射退火，研究团队实现了聚合物柔性基底内的温度梯度分布，有效抑制了机械变形。同时，热辐射退火技术还促进了缓冲层中分子的有序排列，实现了钙钛矿多晶薄膜的定向生长。基于这一技术，团队在PET/ITO衬底上制备出了效率高达22.61%的柔性钙钛矿太阳能电池。
卷对卷产线：迈向大规模生产的里程碑
除了在单体电池效率上的突破，大连化物所还成功建成了卷对卷连续制备柔性钙钛矿组件产线。这种生产方式具有以下显著优势：
- 高效率：连续制备工艺显著提高了生产效率，单次制备长度可达百米。
- 成本优势：卷对卷工艺降低了单位面积的生产成本，更易于实现大规模量产。
- 质量一致性：通过精确控制工艺参数，确保了大面积组件的性能一致性。
这一突破标志着柔性钙钛矿太阳能电池正从实验室研究向工业化生产迈出重要一步。
技术难点与最新突破
尽管柔性钙钛矿太阳能电池展现出巨大潜力，但其产业化仍面临诸多挑战：
- 柔性基底的温度限制：PET基底的玻璃化转变温度约为70℃，而钙钛矿薄膜的制备通常需要更高温度。
- 大面积涂覆均匀性：在柔性基底上实现大面积钙钛矿薄膜的均匀涂覆难度较大。
- 界面粘附性问题：柔性基底与钙钛矿层之间的粘附性较差，影响器件稳定性。
- 热膨胀系数差异：PET基底的热膨胀系数远高于钙钛矿材料，导致机械分层问题。
针对这些挑战，科研人员提出了多种创新解决方案：
- 引入两性离子弹性体：中科院宁波材料所葛子义团队通过引入两性离子弹性体，实现了24.51%的认证效率，并在10000次弯曲循环后仍保持90%以上的初始效率。
- 室温自修复离子导电弹性体：郑州大学/国家纳米中心周二军团队开发的室温自修复离子导电弹性体，使柔性PSCs在刚性和柔性衬底上的稳定PCE分别达到25.47%和24.84%。
- SnO2可控生长：清华大学易陈谊团队通过恒定pH化学浴沉积法制备SnO2电子传输层，实现了25.09%的认证效率，创下柔性钙钛矿太阳能电池的世界纪录。
应用前景：从可穿戴设备到光伏建筑一体化
柔性钙钛矿太阳能电池凭借其独特的柔韧性、轻质性和可塑性，展现出广阔的应用前景：
- 可穿戴设备：可集成到衣物、智能手表等可穿戴设备中，为移动设备提供持续电力。
- 光伏建筑一体化：柔性钙钛矿电池可作为建筑外墙或窗户的光伏材料，实现能源自给自足。
- 航空航天：轻质、高效率的特性使其在航空航天领域具有重要应用价值。
- 移动能源：可应用于汽车、船舶等交通工具，提供清洁高效的能源解决方案。
展望未来：引领下一代能源技术革命
钙钛矿太阳能电池凭借其高效率、低成本和广泛的应用前景，被视为下一代光伏技术的重要发展方向。大连化物所的最新突破，不仅展示了我国在该领域的技术实力，更为全球能源转型提供了新的可能。
随着技术的不断进步和产业化进程的加速，柔性钙钛矿太阳能电池有望在不久的将来实现大规模商业化应用，为构建清洁、低碳、高效的能源体系做出重要贡献。