可穿戴电子是未【wèi】来【lái】电子【zǐ】元器件研究发展的重要【yào】方向，作为其中的核心【xīn】组成部分，电源的【de】获取方式【shì】和【hé】效率直接影响着未来可【kě】穿戴电子的设计与功能。目前，可穿【chuān】戴电子设【shè】备的电源主要为【wéi】锂离子电池，其固有特【tè】性一【yī】定程【chéng】度上限制了【le】可【kě】穿戴电子的户外使用性、安全【quán】性【xìng】和人体皮肤【fū】贴【tiē】合性。
近年来，金属有机杂化钙钛【tài】矿太【tài】阳【yáng】能【néng】电池以其【qí】优越的光电转换性能【néng】受到广泛关注，为作为电源应用于可穿戴【dài】电【diàn】子设备提供【gòng】了可能【néng】。
然而，到目前为止，柔性钙钛矿【kuàng】太【tài】阳能电池【chí】尚未能实际应用于可穿戴【dài】电子设备【bèi】中【zhōng】。其中最重要的原因，就是钙钛【tài】矿材料本身的【de】易脆性，导【dǎo】致大面【miàn】积【jī】电【diàn】池【chí】效率重现性【xìng】差和【hé】无法适合复【fù】杂的人体动作。
在科【kē】技部、国家自然科学【xué】基金委和中国科学院的大力支【zhī】持下，中科院化【huà】学研究所绿色【sè】印刷【shuā】重【chóng】点实验室研【yán】究员宋延林课题组科的研人员近年【nián】来在印刷制备钙钛【tài】矿晶【jīng】体及电池器件【jiàn】方面开【kāi】展了【le】研究，并在印刷制备钙钛矿【kuàng】材料【liào】方面取得了【le】积极【jí】的进展。
这种相比传【chuán】统【tǒng】工艺【yì】更【gèng】环保【bǎo】的喷【pēn】墨打印制备(J. Mater. Chem. A 2015, 3, 9092-9097)，通过控制打印过程实【shí】现【xiàn】了钙钛矿单晶材料的可控【kòng】生长(Sci. Adv., 2018, 4, eaat2390;Small, 2017, 13, 1603217)。
与【yǔ】此同时【shí】，基于电池器件图案化设计也取得【dé】系列进【jìn】展(Adv. Mater. 2018, 30, 1804454;Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1702960.;Nano Energy, 2018, 46: 203-211;Nano Energy, 2018, 51: 556-562)，并通过纳米组装-印刷方式制备蜂巢状纳米【mǐ】支架【jià】作为力学【xué】缓【huǎn】冲层和光学谐振腔，从而显【xiǎn】著提【tí】高了柔【róu】性钙钛矿太阳能电池的光【guāng】电转换【huàn】效率和力【lì】学稳定性【xìng】(Adv. Mater. 2017, 29, 1703236)。
仿生结【jié】晶【jīng】和弹性“砖泥【ní】”结构用于制备可穿戴【dài】太阳能【néng】电源
在上【shàng】述基础上【shàng】，研究人员【yuán】受自然界中【zhōng】珍珠质结【jié】晶机理及结构的启发【fā】，引入两亲性弹性结晶基质到钙钛矿【kuàng】前驱体溶【róng】液【yè】中，以解【jiě】决钙钛矿【kuàng】晶【jīng】体薄膜的脆性问题。
研究表明，通过调控【kòng】掺杂量可实现钙【gài】钛【tài】矿晶体的垂直并联结构【gòu】生长，消除了【le】横向晶界对于器件效【xiào】率的【de】影响。同时，该结晶【jīng】方式形成的弹性“砖泥”结【jié】构在力学稳定性上实【shí】现突【tū】破，首次【cì】实现【xiàn】平面薄【báo】膜的可拉【lā】伸【shēn】功能。
通【tōng】过这种仿生结晶和【hé】结构设【shè】计【jì】，所制备的1cm2的【de】柔性钙钛矿【kuàng】太阳能【néng】电池光电【diàn】转换效【xiào】率突破15%，56cm2的【de】大面积电池组件【jiàn】第三方【fāng】认证效率高达7.9%。该太【tài】阳能电池组件具有光电转【zhuǎn】换【huàn】效率高、性【xìng】能稳定【dìng】、可穿戴贴合性强等【děng】优势，有望应用于可穿【chuān】戴电子器件【jiàn】。
该研究【jiū】成【chéng】果发表在近期【qī】出【chū】版的《能源和环境科学》上【shàng】(Energy Environ. Sci., 2018, DOI: 10.1039/C8EE01799A)。
