可穿【chuān】戴电子是未【wèi】来电子元器件研究发展的重要【yào】方向，作为其【qí】中的核【hé】心组成部分，电源的获取方式和【hé】效率直接影响着未来可穿戴电子【zǐ】的设计与功能。目前，可穿戴电【diàn】子设备【bèi】的电【diàn】源主要为锂离子电【diàn】池，其【qí】固有特【tè】性【xìng】一【yī】定【dìng】程度上【shàng】限制了可【kě】穿戴【dài】电子的【de】户外使用性、安全性和【hé】人体皮肤贴合【hé】性。
近年来，金【jīn】属有【yǒu】机杂化钙钛【tài】矿太阳能电池以其优越的光电【diàn】转换性能受【shòu】到广泛【fàn】关注，为【wéi】作为电源应用【yòng】于可穿戴电子【zǐ】设备提供了【le】可【kě】能。
然而，到【dào】目前为止，柔性【xìng】钙钛矿太阳能电【diàn】池尚未能实际应用于可穿戴电【diàn】子设备【bèi】中。其中最重要的原【yuán】因，就【jiù】是钙【gài】钛矿材料本【běn】身【shēn】的易脆性【xìng】，导【dǎo】致大面积电池效率重现【xiàn】性差【chà】和无法适合复杂的人体动作。
在【zài】科技【jì】部【bù】、国家自然科【kē】学基金委和中国【guó】科【kē】学【xué】院的【de】大力支持下，中科院化学研究所绿色印刷【shuā】重点实验室研究员宋延林课题组【zǔ】科【kē】的研人员近年来在【zài】印【yìn】刷制备钙钛矿晶体及【jí】电【diàn】池器件方面开展了研究，并在印刷【shuā】制备钙钛矿材料方面取得【dé】了积极的进【jìn】展【zhǎn】。
这【zhè】种相【xiàng】比【bǐ】传统工艺更环保的喷【pēn】墨【mò】打印制【zhì】备(J. Mater. Chem. A 2015, 3, 9092-9097)，通【tōng】过控制打印过程【chéng】实现了【le】钙钛矿单晶材料的可控生长(Sci. Adv., 2018, 4, eaat2390;Small, 2017, 13, 1603217)。
与此同时，基【jī】于电池器件【jiàn】图案化设计也取得【dé】系列进展(Adv. Mater. 2018, 30, 1804454;Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1702960.;Nano Energy, 2018, 46: 203-211;Nano Energy, 2018, 51: 556-562)，并通过【guò】纳米组装-印刷方式【shì】制备蜂巢状纳【nà】米支架作【zuò】为力学缓【huǎn】冲层和光【guāng】学【xué】谐振腔【qiāng】，从而显著提【tí】高了柔性【xìng】钙钛矿太阳【yáng】能电池【chí】的光电转换效率和力学稳定性(Adv. Mater. 2017, 29, 1703236)。
仿生结晶和弹性【xìng】“砖泥【ní】”结构【gòu】用于制备可穿戴太阳能【néng】电源【yuán】
在上述基础上，研究【jiū】人员【yuán】受【shòu】自然【rán】界中珍珠质【zhì】结晶机【jī】理及结构的启发，引入两亲性弹性结【jié】晶基质到钙钛矿【kuàng】前驱体溶液中，以解决钙钛矿晶【jīng】体【tǐ】薄膜的脆【cuì】性【xìng】问题【tí】。
研究表明，通过调控【kòng】掺杂量可实【shí】现钙【gài】钛矿晶【jīng】体的垂直并联结构【gòu】生长【zhǎng】，消除了【le】横向晶界对【duì】于器件效【xiào】率的影响【xiǎng】。同时，该【gāi】结晶方式形成的弹性“砖【zhuān】泥”结【jié】构在力学【xué】稳定性上实现突破，首次实现平面薄膜的可拉【lā】伸功能【néng】。
通过这种仿生【shēng】结晶【jīng】和结构设计，所制备的1cm2的柔性钙钛矿太【tài】阳能【néng】电池光【guāng】电转换【huàn】效率突破15%，56cm2的大【dà】面积电【diàn】池组【zǔ】件第【dì】三方认证效率高达【dá】7.9%。该太阳能电池组件具有光电转换效率高、性【xìng】能稳【wěn】定、可穿戴贴合性【xìng】强【qiáng】等【děng】优【yōu】势，有望应用【yòng】于可穿戴电【diàn】子器【qì】件。
该研究成果发表【biǎo】在【zài】近期出版【bǎn】的《能源和环【huán】境科学》上(Energy Environ. Sci., 2018, DOI: 10.1039/C8EE01799A)。
