由蘇州大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種可靠的鈣鈦礦室內(nèi)光伏（PIPV）自供電設(shè)備。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)小面積測(cè)試電池，并在其上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還開發(fā)了一個(gè)微型模塊和一個(gè)由該技術(shù)供電的電子價(jià)簽。
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該組織在一份新聞稿中表示：“物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的興起刺激了自供電設(shè)備需求的快速增長(zhǎng)，推動(dòng)了高兼容性室內(nèi)光伏 (IPV) 的發(fā)展。PIPV 因其可調(diào)帶隙和高開路電壓而備受關(guān)注。然而，長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍然是 PIPV 商業(yè)化的最大障礙，目前正受到市場(chǎng)的嚴(yán)格審查。”
為了解決穩(wěn)定性挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)在器件結(jié)構(gòu)中加入了混合互鎖自組裝單層 (SAM)。該單層包含[4-(7H-二苯并[c,g]咔唑-7-基)丁基]膦酸 (4PADCB) 和[4-(7H-二苯并[c,g]咔唑-7-基)乙基]膦酸 (2PADCB) 的混合物。2PADCB:4PADCB 混合物的比例為 1:1。通過改變碳鏈長(zhǎng)度，它有效增加了氧化銦錫 (ITO) 的表面覆蓋率，并增強(qiáng)了 SAM 和 ITO 之間的結(jié)合能。
所制備的電池和微型模塊以ITO為正面電極，2PADCB:4PADCB作為ITO的自組裝膜(SAM)涂層，鈣鈦礦作為吸光層，PCBM作為電子傳輸層，浴銅靈(BCP)作為緩沖層，銀(Ag)作為背面電極。整體而言，其電池結(jié)構(gòu)為ITO/SAM/鈣鈦礦/PCBM/BCP/Ag。
“ITO 涂層玻璃基板經(jīng)過一系列清潔程序，包括使用清潔劑，并在去離子水、丙酮和乙醇中沖洗 15 分鐘。在烤箱中烘干 3 個(gè)多小時(shí)后，再用紫外線臭氧處理 20 分鐘，”該團(tuán)隊(duì)解釋道。“SAM 層采用旋涂法沉積，轉(zhuǎn)速為 3000 rpm，持續(xù) 40 秒，然后在 100°C 下退火 10 分鐘。鈣鈦礦薄膜采用兩步旋涂工藝制備，轉(zhuǎn)速為 1000 rpm，持續(xù) 10 秒；轉(zhuǎn)速為 6000 rpm，持續(xù) 30 秒。”
采用相同工藝進(jìn)一步開發(fā)的微型模塊尺寸為5厘米×5厘米。為了促進(jìn)PIPV的商業(yè)化，學(xué)者們開發(fā)了自供電電子價(jià)格標(biāo)簽的初始原型，該標(biāo)簽使用黃色LED。原型、電池和微型模塊均在室內(nèi)照明條件下進(jìn)行了測(cè)試，照明強(qiáng)度范圍為200勒克斯至2000勒克斯。
科學(xué)家們總結(jié)道：“優(yōu)化后的設(shè)備在1000勒克斯光照下實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的42.01%室內(nèi)功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE)。此外，在模擬光照強(qiáng)度從2000勒克斯到黑暗的晝夜周期性波動(dòng)的加速老化穩(wěn)定性測(cè)試中，目標(biāo)設(shè)備的預(yù)計(jì)壽命接近6000小時(shí)。最終，PIPV組件成功證明能夠通過集成電路持續(xù)可靠地為電子價(jià)格標(biāo)簽供電。”
該電池發(fā)表在《國家科學(xué)評(píng)論》上，題為《用于自供電設(shè)備的可靠鈣鈦礦室內(nèi)光伏技術(shù)》。該團(tuán)隊(duì)還包括來自土耳其馬爾馬拉大學(xué)的科學(xué)家。