可穿戴电子是【shì】未【wèi】来电子元【yuán】器件研究发展的【de】重要【yào】方向，作为其【qí】中【zhōng】的核心组【zǔ】成部【bù】分，电源的获取【qǔ】方式和【hé】效率直接影响着未【wèi】来可穿戴电子的设计与功能。目前，可穿戴电子设备【bèi】的电源主要为锂离子电池，其固有特性【xìng】一定程度上限制【zhì】了【le】可穿戴电子的【de】户外使用【yòng】性【xìng】、安全性和【hé】人体皮肤【fū】贴合【hé】性【xìng】。
近年来，金属有机杂化钙钛【tài】矿【kuàng】太阳能电【diàn】池以其【qí】优【yōu】越的光电转换性【xìng】能【néng】受到广泛关注【zhù】，为作为电源应用于【yú】可穿戴电子设【shè】备提供了可【kě】能。
然而【ér】，到目前为【wéi】止，柔性钙【gài】钛矿【kuàng】太阳【yáng】能【néng】电池尚未能实【shí】际应用于可穿戴电【diàn】子【zǐ】设备中。其【qí】中最重要的原因【yīn】，就【jiù】是【shì】钙钛矿材料【liào】本身的易脆【cuì】性，导致大面积电池效率重现性【xìng】差和无法适合复杂的人体动作。
在科技【jì】部【bù】、国【guó】家自然科学基金【jīn】委【wěi】和中国科【kē】学院的大力支持下，中科【kē】院化学研究所【suǒ】绿色印【yìn】刷重点实验室【shì】研究员宋【sòng】延林课题组科【kē】的研人员近年来在印刷制【zhì】备钙钛【tài】矿晶体及电池【chí】器件方面【miàn】开展了研究，并在印【yìn】刷【shuā】制备钙【gài】钛矿材料方面取得了积极【jí】的进展。
这种相【xiàng】比【bǐ】传统工艺更环保的喷【pēn】墨打印制【zhì】备(J. Mater. Chem. A 2015, 3, 9092-9097)，通过控制打【dǎ】印过【guò】程实现了钙钛矿单【dān】晶材料的可控生【shēng】长(Sci. Adv., 2018, 4, eaat2390;Small, 2017, 13, 1603217)。
与此同时，基于【yú】电池器件图案化设【shè】计也取得系列进展【zhǎn】(Adv. Mater. 2018, 30, 1804454;Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1702960.;Nano Energy, 2018, 46: 203-211;Nano Energy, 2018, 51: 556-562)，并【bìng】通过纳米【mǐ】组装-印刷方式制备蜂【fēng】巢状纳米支架作为力【lì】学缓冲层【céng】和【hé】光学谐振腔，从而【ér】显著【zhe】提高【gāo】了柔性钙钛矿太阳【yáng】能电池【chí】的光电转换效率和【hé】力学稳定性【xìng】(Adv. Mater. 2017, 29, 1703236)。
仿生结晶和弹性“砖泥”结构用【yòng】于【yú】制【zhì】备可穿【chuān】戴太【tài】阳能电源
在上述基础上，研究人员受自【zì】然界中珍【zhēn】珠【zhū】质结晶机理及结构的启发，引【yǐn】入两【liǎng】亲性弹【dàn】性结晶基【jī】质到钙钛矿前驱体溶液【yè】中，以解决钙【gài】钛矿晶【jīng】体薄膜的脆【cuì】性问题。
研究表明，通过调控【kòng】掺【chān】杂量可实现钙【gài】钛矿晶体的垂直并联结【jié】构【gòu】生长，消【xiāo】除了横【héng】向【xiàng】晶界对【duì】于器件效率的影响。同时，该结【jié】晶方式形成【chéng】的弹性“砖泥”结构在【zài】力【lì】学稳定性上实【shí】现突破，首次实【shí】现平面薄膜的可拉伸功能【néng】。
通【tōng】过这种仿生结晶和结构设计，所制备【bèi】的1cm2的柔性钙钛【tài】矿太阳能电池光【guāng】电转换效【xiào】率突破15%，56cm2的大面积【jī】电池组件【jiàn】第三方认证效率高达7.9%。该太阳能电池组件具有光【guāng】电转换效【xiào】率高、性【xìng】能稳定、可穿戴贴合性强等优势，有望应用【yòng】于【yú】可穿戴【dài】电【diàn】子【zǐ】器件【jiàn】。
该研究成果发表在近期【qī】出版的《能源和【hé】环【huán】境科学》上【shàng】(Energy Environ. Sci., 2018, DOI: 10.1039/C8EE01799A)。
