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综述:柔性钙钛矿太阳能电池的进展及其在自供电可穿戴光电系统中的集成 精选

已有 1276 次阅读 2025-6-11 13:01 |系统分类:科研笔记

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文章题目:Advancements in flexible perovskite solar cells and their integration into self-powered wearable optoelectronic systems

出版信息:Adv. Powder Mater. 4(2025) 100304.

第一作者:Ghazanfar Nazir

通信作者:Kwang Heo, Seul-Yi Lee, Soo-Jin Park

01 文章摘要

在智能穿戴技术和钙钛矿光伏快速发展的推动下,柔性钙钛矿太阳能电池(FPSCs)已成为极具前景的自主电源,有望革新下一代移动能源系统、便携式电子设备和集成化穿戴设备。为实现在实际场景中的成功应用,FPSCs必须兼具多项关键特性,包括高功率转换效率(PCE)、轻量化结构、环境耐受性以及机械适应性——包括可弯曲性、可拉伸性和可扭曲性。本综述详细审视了FPSCs的发展历程、现状及实际应用,重点探讨其作为高效便携能源解决方案的潜力。研究了提升环境耐受性与机械可恢复性的先进策略,包括柔性基底工程、高质量钙钛矿薄膜沉积和电荷选择性界面优化。此外,系统分析了面向可穿戴FPSCs的器件设计、制备方案、可扩展印刷技术和标准化性能评估方法。对增强FPSCs光电性能与机械耐久性的最新进展进行了批判性评述。最终,本综述从光电与机械双重维度为FPSCs提供了全景视角,指明了关键挑战,并规划了将FPSCs无缝集成至多功能新一代穿戴系统的未来研究路径。

02 研究背景PSCs因其卓越的PCE、成本效益以及与低温溶液法制备工艺的兼容性,在光伏领域获得广泛关注。优异的光电特性、固有的柔性和低温加工特性使其成为FPSCs的理想选择,可应用于无人机系统、智能建筑、可穿戴电子和生物集成设备等轻量化场景。FPSCs尤其适合卷对卷(R2R)制造工艺,为商业化提供了可能。2013年,Kumar等人在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上采用ZnO纳米棒电子传输层(ETL)制备出首个FPSC,此后,该领域在效率提升与机械耐久性方面取得显著进展(图1)。

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尽管如此,该领域仍面临诸多挑战。柔性基底无法承受高温退火,导致钙钛矿薄膜质量欠佳,与刚性器件相比存在开路电压(Voc)、填充因子(FF)和短路电流密度(Jsc)的显著损失。机械应力还可能引发薄膜裂纹、弹性形变和相变,从而恶化器件性能。针对这些问题,研究人员提出了可变形结构和机械强化基底的解决方案。尽管小面积FPSCs的效率已取得突破,但大面积组件的制备仍是当前面临的主要挑战。R2R工艺虽为规模化生产提供了可行路径,但稳定性问题仍是商业化的首要障碍,针对器件衰减机制和封装技术的研究正在持续推进。过去十年间,得益于材料合成、界面设计、封装技术和规模化制备等领域的创新突破,FPSCs的光电转换效率已突破23%大关。然而,机械稳定性、大面积加工工艺和环境耐受性等关键挑战仍未完全攻克,亟需通过系统性综述来评估现有技术路线和未来发展方向。

03 文章概述

本综述重点探讨了通过纳米材料工程、低温加工工艺和新型器件结构提升FPSCs效率与柔性的最新策略,尤其聚焦于钙钛矿晶体调控、界面工程和封装技术等延长器件服役寿命的关键方法。同时,深入分析了FPSCs在可穿戴电子领域的创新应用,并对其商业化发展路径提出了前瞻性见解。

3.1 FPSCs基本原理

FPSCs基本结构由夹在ETL和空穴传输层(HTL)之间的钙钛矿吸收层,以及沉积在PET或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等柔性基底上的电极构成。柔性钙钛矿太阳能电池(FPSCs)主要采用平面型和介孔型两种结构设计。在介孔结构中,多孔二氧化钛(m-TiO2)层能有效促进钙钛矿材料渗透并提升电子提取效率,但其制备需要450℃以上的高温烧结工艺。相比之下,平面结构FPSCs因电荷传输材料更易与低温工艺兼容而获得更广泛应用。根据电荷传输层堆叠顺序,FPSCs结构又可分为传统n-i-p型(ETL-钙钛矿-HTL)和倒置p-i-n型(HTL-钙钛矿-ETL),两者在制备工艺、界面调控、PCE和耐久性方面各具优势。

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3.2柔性基底

基底材料的选择对实现FPSCs的柔性和稳定性至关重要,因为基底类型的变化会显著影响应变的积累和分布。由折叠和弯曲引起的应变是提升器件性能的主要障碍,全面理解这些应变机制对于推进优化柔性器件的设计和促进其商业化部署具有关键意义。与通常具有高透光率和机械强度的刚性基底不同,柔性基底必须平衡诸如弹性、可扭转性和可拉伸性等特性。目前,FPSCs的制造主要采用四类柔性基底:柔性玻璃、聚合物基底、金属箔和可生物降解材料,每种基底在满足轻量化、高效和耐用的FPSCs要求方面都具有独特的优势和挑战。

3.2.1柔性玻璃

近年来,涂覆氧化铟锡(ITO)和氟掺杂氧化锡(FTO)的超薄柔性玻璃(FG)基板在柔性钙钛矿太阳能电池(FPSCs)领域获得广泛应用。这类基板因兼具多重优异特性,包括高光学透明度、卓越导电性、强耐水性、高效气体阻隔能力以及出色的化学稳定性。然而,柔性玻璃基板仍存在明显局限性,如过度应力下易发生断裂,本征脆性及机械强度提升困难等,开发具有更强机械恢复力和可靠性的新型柔性基板成为当前研究重点。

3.2.2金属箔

应对FPSCs中温度相关挑战的一项实用策略是采用金属箔材料,如钛和铜。这些材料具有卓越的热稳定性、优异的机械柔性和出色的导电性,但其不透明性是FPSCs面临的主要障碍。由于需要兼具高透光性和导电性的顶部电极,材料选择范围受到限制,同时也制约了钙钛矿薄膜的光吸收能力。此外,虽然金属箔能耐受高温制备工艺,但FPSCs通常采用相对低温的加工流程,这使得聚合物基底因其透光性、柔韧性和轻量化特性,在许多应用场景中更具优势。

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3.2.3聚合物基底

PENPET因其低成本、机械柔性和光学透明性被广泛用作FPSCs的基底材料。然而,这两种材料较低的玻璃化转变温度限制了其与高温工艺的兼容性,进而影响器件性能。而且,它们对水氧的阻隔性能较差,影响FPSC的长期稳定性。另一种聚合物基底聚酰亚胺(PI)虽具有优异的热稳定性,但其固有黄色调限制了在需要高光学透明性场合的应用。因此,优化柔性基底选择与功能层设计对提升柔性钙钛矿太阳能电池的效率、稳定性及商业化潜力至关重要。

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3.2.4可降解基底

当前FPSCs主要采用石油基不可降解聚合物衬底,会加剧环境污染。纳米纤丝化纤维素(NFC)作为一种可持续、可生物降解且低成本的替代材料,具有优异的机械性能、可再生性和天然资源丰富等优势,使其非常适用于柔性能源领域。然而,这类材料仍面临表面粗糙度较高、阻隔性能欠佳以及毛细作用导致的水分渗透等问题,这些因素都会影响器件性能。要缩小与传统材料的效率差距,需要材料科学、化学与器件工程等领域的跨学科协同创新,通过优化界面层、钙钛矿结晶度和整体器件结构来实现突破。

3.3柔性电极

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FPSCs对电极材料提出了特殊要求,需兼具机械柔韧性、耐久性、优异导电性、高光学透明度及低方块电阻等特性。根据在器件中的位置,这些电极可分为底部电极和顶部电极,依据光学透射率又可区分为透明电极与不透明电极。底部电极通常沉积在基底上,作为促进电荷传输、提升载流子迁移率的导电层。选择合适基底与底部电极材料时,必须重点考量二者的化学兼容性和工艺适配性。顶部电极作为FPSCs结构的最外层,同样需要展现高导电性和载流子迁移率,更重要的是必须在机械形变和反复弯曲条件下保持光电性能。透明基底器件通常采用与刚性钙钛矿电池相似的顶部电极,而基于钛箔/铜箔等不透明基底的器件,则要求电极材料同时具备优异透光率、导电性和机械柔韧性。

3.4电荷传输层

电荷传输层(包括电子传输层ETL和空穴传输层HTL)是实现钙钛矿太阳能电池(PSCs)高功率转换效率的关键要素。对于柔性钙钛矿太阳能电池(FPSCs)而言,其设计核心在于开发能通过低温工艺制备的界面层,以确保与柔性基底的兼容性。这些传输层必须兼具高载流子迁移率、宽光谱透光性,以及与钙钛矿吸收层匹配的能级排列等特性,从而实现高效电荷提取。本节重点评述了专为FPSCs设计的ETLHTL材料最新研究进展,表3详细对比了各类ETL/HTL材料的优势与局限性。

3.4.1电子传输层

在电子传输材料中,TiO2因其适宜的费米能级匹配和宽带隙特性仍被广泛使用,但其存在电子迁移率低、导带附近陷阱态密度高等缺陷,且大于450℃的高温烧结结晶导致与柔性聚合物基底兼容性差,限制了在FPSCs中的应用。为突破这些限制,研究者重点开发了TiO2薄膜的低温制备技术,使其在不牺牲材料性能的前提下兼容热敏感柔性基底。溶胶-凝胶法、射频溅射和电沉积等技术已展现出显著优势,可将TiO层加工温度降至150℃以下。

FPSC发展的后期阶段,研究人员开发了一系列低温金属氧化物作为ETL,包括SnO2ZnOZnSnO4W(Nb)Ox等。近年来,天然丰度较高、无毒且稳定性优异的n型半导体SnO2因其卓越的光学透明性受到广泛关注,进一步丰富了柔性器件的低温工艺体系,其制备策略包括低温溶液法,原子层沉积技术、化学浴沉积和电子束蒸镀等。除无机金属氧化物外,部分有机材料因其柔性兼容性和低温加工特性也被用作电子传输层,典型代表包括氯化1-苄基-3-甲基咪唑鎓和C60等。

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3.4.2空穴传输层

HTLs主要负责从钙钛矿层高效提取空穴并将其传输至阴极,理想的HTLs需具备高空穴迁移率、与钙钛矿吸光层匹配的能级结构、优异的光化学及热稳定性,同时适用于溶液加工工艺。根据材料类型,HTLs主要分为有机和无机两大类。有机HTLs能实现较高的PCE,但其实际应用受到稳定性差及高昂成本的限制。无机HTLs在热、光、湿条件下表现出更优异的稳定性,同时还能作为钙钛矿层的保护屏障,有效抑制界面降解。近年来,通过能级调控、界面修饰和纳米结构优化等手段,无机HTLs在效率上已逐步接近有机材料,且兼具更长的器件寿命,为钙钛矿电池的产业化提供了重要解决方案。

HTLs的性能优化需统筹考虑三大核心参数:载流子迁移率、能带匹配度和机械柔性。理想的能带排列可减少电压损失,高迁移率能促进电荷高效提取,而优异的机械性能则直接影响相邻钙钛矿层的形态稳定性。这些特性的协同调控对推动柔性钙钛矿电池在效率、耐久性和机械可靠性方面的突破具有决定性作用。

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3.5钙钛矿活性层

钙钛矿卓越的光电特性奠定了其高效光伏性能的基础,使其成为FPSCs的关键材料。FPSCs的整体性能高度依赖于钙钛矿活性层的质量。然而,钙钛矿内部存在的陷阱态会引发载流子传输过程中的非辐射复合,严重制约器件效率。此外,钙钛矿结构中的离子迁移问题进一步加剧了性能衰减。当前研究聚焦于开发针对柔性基板的专用制备和后处理策略,旨在改善薄膜形貌和晶体质量,提升FPSCs的机械耐久性和整体效率。

3.5.1组分与添加剂的创新

通过精准调控钙钛矿薄膜的组分并引入功能性添加剂,能显著提升薄膜质量。例如优化甲脒碘化铵/甲基溴化铵前驱体比例可直接改善薄膜形貌与光电性能,从而制备出效率突出的FPSCs。目前多种添加剂(包括聚合物、富勒烯、无机酸及溶剂等)已被整合进低温钙钛矿制备工艺,这些添加剂既能增强前驱体溶解度、抑制降解反应,又能通过延缓结晶速率培育更优晶体结构。

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3.5.2界面工程

界面工程已成为提升FPSCs稳定性和效率的高效策略。通过钝化界面缺陷和优化能级排列,该技术促进了电荷在层间的高效传输,从而显著提升器件性能。因此,大量研究致力于推动FPSC界面工程的发展。近期在FPSCs中发现了一种被称为咖啡环效应(CRE)的特殊现象,该效应会导致界面接触不良并形成针孔,从而增加钙钛矿薄膜的缺陷,最终对FPSC的性能产生负面影响。未来研究应聚焦于开发兼具缺陷钝化、载流子动力学优化和器件寿命延长功能的先进多功能界面材料。此外,通过掺杂剂精准调控界面层的物理化学性质,以及开发具有优异化学稳定性和热力学稳定性的新材料,对保障柔性钙钛矿器件的长期耐久性至关重要。

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3.5.3高质量单晶钙钛矿太阳能电池的研究进展

单晶作为卤化物钙钛矿最理想的晶体形态,具有无晶界、长程结构有序和高度定向生长等特征。这些本征优势赋予其卓越的光电性能:超低陷阱态密度、高载流子迁移率和长载流子扩散距离。然而传统块体单晶厚度通常远超材料本征载流子扩散长度,易导致电荷积累,制约器件集成应用。目前,单晶钙钛矿的生长技术已发展出多种成熟方法,主要包括逆温结晶法、反溶剂气相辅助结晶法以及顶部籽晶溶液生长法,这些技术均展现出与柔性基板的良好兼容性。

钙钛矿量子点(QDs)因其尺寸可调的光电特性、卓越的缺陷容忍度和高光致发光量子产率,在柔性光电器件领域展现出独特优势。离子工程和配体工程是调控钙钛矿QDs组分与光电性能的关键策略,通过将经典钙钛矿电池结构适配于量子点体系,结合钝化优化、结构设计与维度调控,量子点太阳能电池可实现更优的能级排列、光捕获与电荷传输性能。

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3.5.4应变调控与自修复策略的研究进展

提升FPSCsPCE、柔韧性和稳定性,关键在于器件内部的精准应变管理,钙钛矿薄膜中残余应力的不均匀分布会导致弹性能积累,加剧器件对湿度、氧气和热降解等环境因素的敏感性。特别是在晶界处出现的应力集中可能引发微裂纹,从而破坏器件稳定性。最新研究进展聚焦于通过增强钙钛矿体系的韧性和引入自修复功能来抵抗机械应力下的晶界开裂与界面分层。

针对钙钛矿与相邻功能层间界面应力的研究仍相对不足,需要开发创新表征方法来探究层间相互作用及器件行为。通过引入功能性添加剂和柔性基底等先进制备策略,对实现FPSCs的精准应变管理至关重要。将高质量钙钛矿薄膜与定制化带隙工程及机械柔性设计相结合,有望催生新一代智能、强韧且具备商业可行性的FPSCs架构,满足多元化应用需求。

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3.5.5柔性钙钛矿薄膜的低温制备技术进展

研究人员致力于开发简便、低成本的方法来制备具有大面积覆盖、极少针孔和高结晶质量的钙钛矿薄膜,开发与柔性基板兼容的低温制备技术对推进FPSC发展至关重要。目前已有多种降低制备温度的解决方案,包括组分工程、添加剂配位和气体辅助钝化等技术。

一步沉积法是指将含有前驱体的混合溶液通过单次旋涂工艺沉积在选定的基底上,随后样品经退火形成钙钛矿薄膜。退火工艺、旋涂时间、转速以及前驱体溶剂均对钙钛矿薄膜的形貌和结晶特性有重要影响。研究人员还开发了一种新型低温两步沉积工艺,可在环境条件下快速将前驱体材料转化为钙钛矿,显著改善了钙钛矿薄膜结构,并提升了PSCs的性能稳定性。此外,多种先进的可扩展制备技术,包括刮刀涂布、喷涂、喷墨打印、平板压制和棒涂等,已被应用于FPSCs的大面积薄膜制备。

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3.6 FPSCs的低温卷对卷制备技术

下一代钙钛矿太阳能电池的制备工艺主要分为三大类:单器件制备、批量加工和R2R连续生产。其中,R2R工艺作为柔性基底的规模化连续生产方式,采用喷涂、狭缝涂布、3D打印、喷墨印刷和刮刀涂布等技术来制造柔性钙钛矿太阳能电池。R2R制造技术为FPSCs的规模化生产提供了极具前景的路径,可实现连续涂覆、成本降低和性能提升的三重优势。然而,钙钛矿薄膜底层持续存在的界面缺陷严重制约着R2R技术制备的大面积柔性器件的效率和稳定性,材料设计、R2R工艺和组件优化仍需持续突破以进一步提升效率、稳定性和环境可持续性。

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3.7 FPSCs架构、基底与电荷传输层的对比分析

1)器件架构:n-i-pp-i-n对比

p-i-n架构因其低温加工兼容性和卓越的机械柔韧性,已成为柔性器件的首选配置。相比之下,传统n-i-p结构虽以高效率著称,但由于依赖TiO2等需高温加工的ETL,在FPSC应用中受到限制。不过,随着SnO2等低温加工替代材料的引入,这一性能差距已显著缩小,使得n-i-p架构在柔性器件中的应用更具可行性。

2)基底材料选择:PETPENPI与金属箔

PI凭借高热稳定性和广泛的工艺适应性表现突出,但其较低透光率和高成本可能限制其在半透明或叠层电池等需透明度的场景中的应用。PEN提供了均衡的性能组合,兼具适中耐热性、良好光学特性和机械强度。金属箔虽具有卓越的耐用性和导电性,却以牺牲柔韧性和透光性为代价。

3)界面工程:电荷传输层优化

SnO2凭借其低温加工特性和优异机械性能,已成为柔性器件ETL的首选材料。在HTL方面,NiOxPEDOT:PSS因其理想的能带匹配度和机械柔韧性被广泛采用。最新研究趋势正转向无掺杂剂或有机-无机杂化传输层,这类材料能显著提升机械顺应性和环境稳定性。

4)高性能FPSCs的集成化策略

最具发展前景的FPSC配置采用p-i-n结构,以SnO2作为ETL,搭配NiOxPEDOT:PSS作为HTL,并搭载于PENPI基底之上。该组合方案在光电转换效率、机械强度和量产可行性之间实现了最佳平衡,有望成为下一代可规模化柔性光伏技术的领跑方案。

3.8FPSCs稳定性与耐久性研究进展

FPSCs必须具备双重稳定性:机械稳定性和环境稳定性。机械稳定性主要取决于电极的结构完整性,而环境稳定性则主要由钙钛矿吸收层和界面层的耐候性决定。

3.8.1 FPSCs的机械稳定性

FPSCs中,ITO镀膜的柔性聚合物基底是常用的电极材料。然而,与ITO玻璃刚性基底相比,柔性聚合物存在固有缺陷,包括导电性较低、透光率下降以及机械强度不足。其耐热性有限,必须采用低温工艺,导致ITO电阻率升高。为补偿导电性不足,柔性基底上的ITO镀层厚度需比玻璃基底更厚,但这会进一步降低透光率,从而导致性能衰减。

3.8.2提升FPSCs耐久性:封装技术与环境稳定性

持续暴露于光照、氧气和湿气环境中仍会导致钙钛矿吸收层失稳,引发晶体结构改变、缺陷形成及整体性能衰退。FPSCs必须采用超低水汽透过率和氧透率的封装层对前后表面进行双重防护,前侧需要超低渗透性的柔性密封膜,后侧则要求兼具高透光性与强阻隔特性的材料。物理气相沉积、原子层沉积和等离子体增强化学气相沉积等技术已被证实可有效制备金属氧化物保护层。

此外,创新的自修复界面策略应运而生,包括二硫键等动态共价键体系,以及可自主修复微裂纹、重建电荷传输通道的微胶囊化修复剂。这类机制不仅延长了器件寿命,更显著提升了弯曲工况下的机械耐受性。与之相配套的先进封装技术也取得突破,将本征自修复能力与长效封装策略相结合的方法,为钙钛矿光伏器件的稳定性难题提供了协同解决方案。

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3.9推动便携化:FPSCs与现代电子器件的集成

与传统领域不同,智能可穿戴设备需在人体直接接触的复杂环境中持续工作,长期承受机械形变。这一特殊应用场景对其集成的能量收集技术提出了严苛要求,如生物安全性和机械耐久性,这对传统刚性储能材料构成重大研究挑战,亟需开发能满足这些力学要求的柔性材料与集成策略。

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3.9.1FPSCs与可充电电池的集成

电化学器件凭借其卓越的化学能-电能转换效率,在储能技术领域占据主导地位。当前研究热点聚焦于PSCs与多种储能技术的集成,开发光充电能源系统,包括锂离子电池、金属空气电池等。该方案的核心优势在于构建紧凑高效的能量模块,既能收集太阳能,又能提供持续稳定的电力供应,无需频繁充电。钙钛矿太阳能电池凭借其高功率转换效率和机械柔韧性优势,能完美适配各类可穿戴设备的共形集成需求。当与高效电池组合时,系统可在光照条件下完成能量采集并存储备用,显著提升设备续航能力与用户体验,其应用场景涵盖健康监测、智能纺织品、增强现实交互界面等诸多领域。

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3.9.2FPSCs与超级电容器的集成

PSCs的能量输出本质上易受环境因素影响而产生波动,包括天气条件、地理位置和昼夜光周期变化等,这会导致供电不稳定。超级电容器具备快速充放电能力、高功率密度以及卓越的循环稳定性,将PSCs与超级电容器集成于单一装置中,钙钛矿太阳能电池负责收集太阳能,并将产生的电能直接存储于超级电容器组件,随后通过放电为外部设备供电。在器件构型创新方面,研究者已探索出多种整合方案。

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04 结论与展望

FPSCs近年来发展迅猛,关键技术进步包括:柔性基底材料的开发、透明电极替代方案、低温电荷传输层以及高质量钙钛矿薄膜的制备等。FPSCs具有轻量化、可弯曲和R2R生产兼容性等独特优势,但长期稳定性仍是主要挑战。未来研究应重点关注以下方向:可规模化生产的低成本透明电极材料、大面积薄膜制备工艺,以及有效的封装技术。将FPSCs与成熟太阳能技术结合构建叠层器件架构,是实现商业化应用的重要路径。FPSCs面临的关键挑战和发展前景归纳如下:

1)可扩展性与制造兼容性

规模化生产仍面临狭缝涂布或R2R涂层工艺中薄膜沉积不均、缺陷形成等挑战。当前解决方案包括采用高精度印刷技术、溶剂工程和真空辅助结晶工艺,以提高生产一致性与良品率。

2)衬底与电极材料

柔性玻璃的脆性限制了实际应用,钛、铜等金属箔需要额外增加透明顶部电极,增加了工艺复杂性,PENPET等聚合物耐热性较差,且对氧气和水汽的阻隔性能不足。目前各类替代材料正在探索中,但各自存在权衡。

3)电荷传输层与钙钛矿组分

SnO2仍是目前最稳定高效的ETL材料,而NiOx在倒置结构中作为HTL展现出优异的耐久性。当前研究重点聚焦于通过添加剂调控钙钛矿层的结晶性和组分,以改善能带匹配、增强机械柔韧性并提升器件在运行应力下的稳定性。

4)器件稳定性与环境耐受性

传统封装材料往往难以兼顾柔韧性和阻隔性能。目前先进的封装策略在实验室条件下表现优异,但仍需在实际应用环境中进一步验证。此外,通过表面钝化、界面工程以及Al2O3等缓冲层的引入,可有效抑制水分渗透并提升器件运行稳定性。

5)机械耐久性与自修复

FPSCs的柔韧特性使其在反复弯折过程中易出现机械性能退化,包括裂纹和分层现象。目前正通过开发自修复机制、晶界改性和结晶调控等方法来延长器件寿命。创新的材料结构设计能通过应力分散和降低杨氏模量来缓解机械应变。

6)可穿戴太阳能系统的新兴趋势

与可穿戴技术的融合应用正推动FPSCs向纺织物、饰品和移动设备集成方向发展,研究者正在探索纤维素纸、透明橡胶等超轻基底材料以降低每瓦重量,提升设备穿戴舒适性。未来研究应聚焦以下方向:开发先进纳米材料提升能效;同步优化电极制备与封装工艺,确保集成系统在湿度、高温等环境压力下的长期稳定性与使用寿命;采用R2R印刷、3D打印等新型低成本制造技术,构建可规模化推广的节能生产路径。

7)激光刻蚀与模块集成

激光刻蚀仍是实现FPSC单片集成的关键瓶颈。超快飞秒/皮秒激光等先进技术能提升刻蚀分辨率并减少热损伤,而光束整形与波长优化可增强烧蚀选择性,最大限度减少子电池间的无效区域。针对互连难题,研究人员正探索喷墨印刷互连、光子烧结等非接触式替代方案以提高R2R生产兼容性。此外,将FPSC与薄膜电池等储能元件集成时,需采用均匀封装技术和先进电源管理策略以确保长期运行稳定性与柔韧性。混合激光/印刷系统、热障层及人工智能在线工艺控制等新兴解决方案,有望显著提升FPSC模块的可扩展性和可靠性。

05 团队介绍

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06 文章信息

Ghazanfar Nazir, Adeela Rehman, Jagadis Gautam, Muhammad Ikram, Sajjad Hussain, Sikandar Aftab, Kwang Heo, Seul-Yi Lee, Soo-Jin Park, Advancements in Flexible Perovskite Solar Cells and Their Integration into Self-Powered Wearable Optoelectronic Systems, Adv. Powder Mater. 4 (2025) 100304. https://doi.org/10.1016/j.apmate.2025.100304



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