《高效率、可拉伸的纖維狀鈣鈦礦太陽能電池》是依託復旦大學，由彭慧勝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高效率、可拉伸的纖維狀鈣鈦礦太陽能電池
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭慧勝
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了滿足可穿戴電子設備微型化和輕量化的迫切發展需要，人們提出了構建輕質、可紡的纖維狀太陽能電池的構想，但已報導的纖維狀固態染料敏化太陽能電池和聚合物太陽能電池的光電轉換效率都比較低。另一方面，近年來發展出的鈣鈦礦太陽能電池，具有較高的光電轉換效率，有望獲得高效率的纖維狀太陽能電池。.本項目擬發展出一類高效率、可拉伸的新型纖維狀鈣鈦礦太陽能電池，主要構想：在二氧化鈦納米管修飾的鈦絲上吸附有機鉛三鹵化物，然後與彈性高分子/取向碳納米管複合纖維相互纏繞，最後包覆透明的取向碳納米管柵，構建纖維狀電池。兩個電極表面設計的取向納米管結構，可以促進電荷的快速分離和傳輸，有利於獲得高光電轉換效率，將系統研究並揭示電荷在曲形纖維界面上分離與傳輸的機制和規律。彈性複合纖維電極以及纏繞結構賦予纖維狀鈣鈦礦太陽能電池可拉伸的獨特性能，對於可穿戴電子領域的套用至關重要，而迄今為止尚未實現鈣鈦礦太陽能電池的可拉伸。
結題摘要
為了滿足可穿戴電子設備微型化和輕量化的迫切發展需要，纖維狀太陽能電池被廣泛研究和發展。項目團隊在國際上率先提出並發展了纖維狀鈣鈦礦太陽能電池，但其柔性和效率仍然不能滿足實際套用要求。基於此，本項目發展了一類高效率、可拉伸的新型纖維狀鈣鈦礦太陽能電池，光電轉換效率最高達到5.01%，最大拉伸量達到40%，光電轉換效率在拉伸250個循環後保持在80%以上。進一步，通過揭示光生載流子在纖維狀電池中曲形界面上分離與傳輸的機制和規律，最佳化材料形貌和器件結構設計，提高了纖維狀鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率，達到9.49%。基於上述方法和思路，構建了一系列高性能纖維狀能量轉化和存儲器件，包括高效率纖維狀染料敏化太陽能電池、可溶液加工的纖維狀聚合物太陽能電池、可拉伸的纖維狀超級電容器和高能量密度的纖維狀鋰離子電池等；進一步通過設計共用電極和芯鞘結構，在一根纖維上實現功能集成，構建了纖維狀能量轉化和存儲集成器件，並進一步最佳化了輸出電壓和能量密度，實現能量轉化和存儲功能的匹配；最後，發展了柔性太陽能電池織物，並將其與儲能器件在織物上實現集成獲得自供電織物。這些纖維和織物器件，有望滿足未來可穿戴電子設備的發展需求。在項目執行期間，項目負責人以通訊作者發表了76篇研究論文，包括1篇Nature Biomed. Eng.、1篇Nature Protoc.、1篇Nature Rev. Mater.、7篇Angew. Chem. Int. Ed.、8篇Adv. Mater.和2篇Adv. Funct. Mater.等，申請中國發明專利20項，其中授權9項。項目負責人獲得錢寶鈞纖維材料獎青年學者獎、中國材料研究學會優秀組織獎、全球高被引科學家（科睿唯安）、上海市“四有”好教師（教書育人楷模）、享受國務院政府特殊津貼專家、日內瓦國際發明展金獎、國家“萬人計畫”領軍人才、國家百千萬人才工程、國家有突出貢獻中青年專家、科技部中青年創新領軍人才和上海市自然科學牡丹獎等。在項目執行中，共有12名博士生畢業、12名碩士生畢業、8名博士後出站。
