基于钙钛矿的廉价柔性纤维太阳能电池

基于钙钛矿的廉价柔性纤维太阳能电池

　　对植入衣服的小型电子设备来说，纺织物太阳能电池是理想的电源。在应用化学杂志上，中国科学家介绍了纤维形式的新型太阳能电池，它们可被编织到纺织物中。这种柔韧同轴的电池基于钙钛矿材料和碳纳米管；因为具有高达3.3 %的能量转化效率和低制造成本，让它们脱颖而出。

　　太阳能电池的尴尬境地是：它们或者廉价低效，或者高效昂贵。钙钛矿材料比硅晶体便宜，并且不需要昂贵的添加物，用它们制成太阳能电池或许会是一种解决方案。钙钛矿是具有特殊晶体结构的材料，就像是钛酸钙。这些结构通常会形成半导体，并能相对高效地吸光。更重要的是，在回复到基态并占据固定的位置之前，它们可以通过光照在晶格间长距离输送电子，这在太阳能电池中是一个非常重要的性质。

　　上海复旦大学Hisheng Peng领导的团队已经研制出基于钙钛矿的太阳能电池，它的形式是可被编织在电子纺织品中的柔性纤维。因为用了一种基于溶液的方法来构建分层，它们的生产过程相对简单廉价。

　　电池的正极是一条优质的不锈钢丝，其上涂了一层紧密的n型二氧化钛半导体层。半导体层上又沉积了一层多孔的纳米晶二氧化钛，这为后续钙钛矿材料CH3NH3PbI3的沉积提供了巨大的表面。在CH3NH3PbI3之上是特殊的有机材料层。最后，一层有序排列的碳纳米管连续缠绕在整个结构上充当负极。所形成的纤维足够优质柔韧，并可被编织到纺织物中。

　　钙钛矿层吸收光，使得电子受激发射，造成电子和带正电的“空穴”之间电荷分离。电子进入致密二氧化钛层的导带，并移向正极，“空穴”则被有机材料层捕获。碳纳米管负极的巨大表面积和高电导率有助于高光电电流电荷的快速传导。这种纤维太阳能电池具有3.3 %的能量转化效率，超过了之前所有由染料或聚合物制成的同轴纤维太阳能电池。