伴隨著智能電子工業(yè)的快速發(fā)展，柔性可穿戴電子成為未來(lái)電子元器件發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。而目前，作為其重要的組成部分的電源對(duì)可穿戴電子的戶外使用性、大面積貼合性和安全性有較大限制。因此柔性太陽(yáng)能電池受到了越來(lái)越多的關(guān)注。

近日，羅馬大學(xué)、德國(guó)弗勞恩霍夫有機(jī)電子研究所和哥倫比亞南哥倫比亞大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種可彎曲的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，用于室內(nèi)應(yīng)用，據(jù)稱可以在100——500勒克斯照度下工作。

相比傳統(tǒng)的硅晶太陽(yáng)能電池，柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是基于可以彎曲、折疊、重量低的太陽(yáng)能電池，因其高效率，低成本，且制備工藝簡(jiǎn)單，因而成為太陽(yáng)能電池行業(yè)最具顛覆性的競(jìng)爭(zhēng)者之一。柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以滿足航空航天中的臨近空間裝備、野外軍事信息化裝備、陽(yáng)光動(dòng)力無(wú)人機(jī)、高空探測(cè)裝備以及如手機(jī)等種類(lèi)繁多消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的一些特別需求。而柔性襯底是決定柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的關(guān)鍵因素。

目前用于柔性器件制備的襯底主要為聚合物襯底，當(dāng)達(dá)到臨界彎曲半徑時(shí)，其透明導(dǎo)電層發(fā)生斷裂，導(dǎo)致光電性能發(fā)生嚴(yán)重衰減，同時(shí)水分子極易穿過(guò)聚合物襯底，影響電池的機(jī)械和鈣鈦礦長(zhǎng)期穩(wěn)定性。上文提到的研究成果100微米厚的設(shè)備是通過(guò)在透光率超過(guò)80％、每平方電阻為13歐姆、彎曲度在20．5mm曲率下超過(guò)1600道彎曲工序的超薄柔性玻璃上涂覆銦錫氧化物的滾對(duì)滾濺射技術(shù)制造的。該設(shè)備在致密的氧化錫層上安裝了介孔支架，據(jù)研究人員稱，在200和400勒克斯LED照明下，這是實(shí)現(xiàn)20．6％和22．6％細(xì)胞轉(zhuǎn)換效率的決定性因素。據(jù)開(kāi)發(fā)人員說(shuō)，這些效率水平是設(shè)計(jì)用于室內(nèi)使用的柔性光伏電池的最高記錄，也比柔性基板上性能最好的鈣鈦礦光伏電池高60——90％。“每克重量（W／g）的特定功率（瓦特）比塑料聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（Pet）薄膜高出40——55％，比剛性玻璃高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，”歐洲——哥倫比亞小組說(shuō)。從理論上講，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為了行業(yè)顛覆性競(jìng)爭(zhēng)者。

研究合著者托馬斯·布朗說(shuō)，估計(jì)生產(chǎn)成本生產(chǎn)成千上萬(wàn)平方米的完全封裝鈣鈦礦在柔性太陽(yáng)能電池玻璃每年將大約110美元／每平方米。“考慮到為低功率電子設(shè)備（如無(wú)線傳感器）提供能量所需的電池面積取決于室內(nèi)照明水平；設(shè)備的耗電量有多高；以及它感知和交流的頻率；因此，生產(chǎn)光伏組件的相關(guān)成本——不包括切割、包裝和集成——將從不到0．10美元到1美元不等。”靈活的鈣鈦礦的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池在寵物基質(zhì)成本約為34美元／ 每平方米，不包括特殊封裝成本?！敖粨Q的成本靈活的塑料基板，約6美元／每平方米，超薄玻璃基板的估計(jì)成本大約40美元／ 每平方米，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制造成本靈活的玻璃將是68美元／每平方米。增加10美元對(duì)于簡(jiǎn)單的塑料薄膜封裝和40美元一片靈活的玻璃——所需的應(yīng)用程序需要的最長(zhǎng)壽命的成本完全封裝光伏電池對(duì)超薄柔性玻璃室內(nèi)使用78 —— 108美元／每平方米。

據(jù)微鋰電小組分析，設(shè)備靈活的精密卷繞對(duì)位制造玻璃不僅可以實(shí)現(xiàn)氧化錫銦，而且對(duì)所有其他層在未來(lái)為了降低制造成本，提高生產(chǎn)產(chǎn)量的太陽(yáng)能電池和允許靈活的鈣鈦礦的應(yīng)用這些設(shè)備作為首選室內(nèi)光線礦車(chē)為低功耗電子、傳感器節(jié)點(diǎn)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。此外，研究人員補(bǔ)充說(shuō)，將他們的設(shè)備投入大規(guī)模生產(chǎn)將需要將電池面積從1平方厘米增加到10平方厘米左右，潛在地將效率數(shù)字降低到18％左右——對(duì)于柔性鈣鈦礦電池來(lái)說(shuō)仍然是非常高的。

太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)一直是國(guó)際高科技產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。最近幾年一個(gè)突出的現(xiàn)象就是不同國(guó)家和研發(fā)團(tuán)隊(duì)技術(shù)的突破和成果的發(fā)布時(shí)間點(diǎn)往往都非常接近。近期，西安交大電信學(xué)院吳朝新教授他的團(tuán)隊(duì)研制的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池也已發(fā)布，目前實(shí)現(xiàn)玻璃基板鈣鈦礦電池效率突破22％，柔性器件效率突破19％。在國(guó)內(nèi)A股上市企業(yè)中，主營(yíng)包括晶體硅太陽(yáng)能電池芯片及組件業(yè)務(wù)的拓日新能在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池項(xiàng)目最近取得重大進(jìn)展；萬(wàn)潤(rùn)股份和金信諾也擁有鈣鈦礦太陽(yáng)能電池應(yīng)用和制備方面專利儲(chǔ)備。

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