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单晶|钙钛矿单晶 柔性？( 二 )


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大面积单晶钙钛矿薄膜 。 图片来源：Nature
单晶薄膜厚度对载流子输运性能有着很大的影响 。 从600 nm到2 μm ， 增加膜厚可以改善外量子效率(EQE) ， 这是由于这个范围内的厚度增加可以使单晶薄膜集光能力增强、晶体质量变好 。 而在2 μm到5 μm厚度范围内 ， 载流子收集效率成为主要限制因素 ， 所以EQE随单晶薄膜厚度的增加而减小(下图a) 。 薄膜厚度对其光伏性能也有类似影响(下图b) 。
单晶|钙钛矿单晶 柔性？
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薄膜厚度对载流子输运影响和及单晶的力学性质 。 图片来源：Nature
控制薄膜厚度 ， 也可调控单晶钙钛矿薄膜的力学性能 。 将单晶钙钛矿薄膜夹在两层高分子材料之间 ， 可以一定程度弯曲 ， 较小厚度的薄膜具有较小的弯曲半径 ， 这表明这种脆性晶体具有显著的柔性(上图e) 。 尽管单晶钙钛矿薄膜的柔性并非特别出色 ， 但已经有希望应用于高效柔性薄膜太阳能电池和可穿戴设备中 。
单晶|钙钛矿单晶 柔性？
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有趣的是 ， 如果在生长溶液中加入成分逐渐变化的铅锡混合物 ， 可以获得具有连续梯度带隙的单晶钙钛矿薄膜 。 研究者以MAPb0.5Sn0.5I3作为铅锡钙钛矿的浓度上限 ， 制备了成分从MAPbI3逐渐过渡到MAPb0.5Sn0.5I3的梯度单晶薄膜 。 与传统的异质结不同 ， 梯度层中不存在结构界面 ， 梯度单晶中的陷阱密度与纯MAPbI3单晶相当 ， 几乎比具有界面的传统异质结低两个数量级 。
单晶|钙钛矿单晶 柔性？
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具有连续梯度带隙的单晶钙钛矿薄膜 。 图片来源：Nature
单晶钙钛矿薄膜可以应用于LED的制备 ， 像素尺寸从1 μm到100 μm ， 在高分辨率、稳定性和量子效率的柔性显示器方面具有潜在的应用前景 。 同时 ， 单晶钙钛矿薄膜还可应用于光伏器件 。 研究者制备了岛-桥式的柔性光伏器件阵列 ， 每个0.5 cm × 0.5 cm的岛由金属桥互连 。 在初始反向扫描条件下 ， 能量转换效率(PCE)最高值为20.04% 。 整个梯度单晶MAPb0.5+xSn0.5?xI3光伏阵列的PCE约为10.3% ， 工作面积约为9 cm2 。
单晶|钙钛矿单晶 柔性？
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“现代电子产品 ， 如手机、电脑甚至卫星 ， 都是基于硅、氮化镓和砷化镓等材料制成的单晶薄膜 ， 单晶的缺陷更少 ， 电子传输性能更好” ， 徐升教授说 ， “进一步简化制造过程和提高转移产率是我们正在努力解决的问题 ， 如果我们能用功能性载流子传输层取代图案化的掩模以避免转移步骤 ， 整个过程的生产率可以大大提高” 。
单晶|钙钛矿单晶 柔性？
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基于单晶钙钛矿薄膜的柔性太阳能电池 。 图片来源：UCSD[2]
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【来源：索比光伏网】
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