【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部薄膜光學(xué)研發(fā)中心鄭毅帆副研究員與上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院魏斌教授、微電子學(xué)院施薇副研究員聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在柔性鈣鈦礦太陽能電池(Flexible Perovskite Solar Cells: FPSCs)封裝技術(shù)研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。提出一種新型的透明熱塑性聚氨酯(TPU)封裝技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)FPSCs的高效封裝，顯著提升了器件的穩(wěn)定性和耐用性。相關(guān)研究成果以“Moisture-Resistant Thermoplastic Polyurethane Encapsulation for Flexible Perovskite Solar Cells”為題發(fā)表于Energy Technology。
PSCs因其高效率和低成本潛力，在光伏產(chǎn)業(yè)中展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景，被視為下一代光伏技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而，鈣鈦礦材料對(duì)水分和氧氣的高度敏感性是其商業(yè)化的主要障礙之一。傳統(tǒng)的剛性封裝方案雖能有效隔離器件，但其脆性限制了其在柔性電子設(shè)備中的應(yīng)用。因此，開發(fā)適用于FPSCs的柔性封裝技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。
本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)深入探討了多種柔性封裝材料的性能，最終選擇了具有優(yōu)異柔韌性、低水分透過率和高透光性的TPU作為封裝材料。通過一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了TPU封裝過程與PSC模塊的兼容性，并實(shí)現(xiàn)了無損封裝，封裝后器件效率未出現(xiàn)明顯下降。此外，通過微觀形貌表征分析，證實(shí)TPU封裝能有效阻止水氧侵入，延緩鈣鈦礦材料的分解，提升薄膜穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，TPU封裝的PSCs在25°C和50%相對(duì)濕度下1000小時(shí)后仍能保持95%的初始光電轉(zhuǎn)換效率，在水下浸泡200小時(shí)后仍能保持80%的初始效率，展現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性提升。此外，TPU封裝在制造成本方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，為FPSCs的封裝設(shè)計(jì)提供了系統(tǒng)全面的指導(dǎo)，為推動(dòng)PSCs技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化生產(chǎn)提供了關(guān)鍵技術(shù)支持，有望在可再生能源領(lǐng)域引發(fā)重大變革。
相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
圖 1. TPU 薄膜與 PI、PEN 和 PET 薄膜性能的比較：(a)400 - 800 nm范圍內(nèi)的平均光透過率，(b)水蒸氣透過率特性，以及 (c)在 0、5000、10000 和 20000 次彎曲循環(huán)后聚合物薄膜的光學(xué)顯微鏡圖像。
圖 2. (a) 未封裝和 TPU 封裝的 FPSC 在水下 300 小時(shí)的效率對(duì)比。(b)常規(guī)封裝和 TPU 封裝的材料成本。(c)常規(guī)封裝和 TPU 封裝的最低可持續(xù)價(jià)格。
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