云母基柔性鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率18.0％，彎曲半徑小至5mm，5000次彎曲循環后保持原有效率的91.7％。

伴隨智能電子工業的快速發展，柔性可穿戴電子成為未來電子元器件發展的熱點領域，電源是其重要的組成部分。目前，電源對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。可穿戴電子紡織品的需求度不斷增加，因此柔性太陽能電池受到了越來越多的關注。鈣鈦礦太陽能電池由于高效率、低成本和靈活的制備方法廣泛用于柔性電池的制造。柔性襯底是決定柔性鈣鈦礦太陽能電池性能的關鍵因素。目前用于柔性器件制備的襯底主要為聚合物襯底，當達到臨界彎曲半徑時，其透明導電層發生斷裂，導致光電性能發生嚴重衰減，同時水分子極易穿過聚合物襯底，影響電池的機械和鈣鈦礦長期穩定性。

近日，《納米能源》（Nano Energy）在線發表了石家莊鐵道大學、***交通大學、和中科院深圳先進技術研究院等課題組合作的最新研究成果，Highly flexible, robust, stable and high efficiency perovskite solar cells enabled by van der Waals epitaxy on mica substrate, Nano Energy, 2019, 60, 476-484，為克服這一困難邁進了一步。

在透明云母襯底上開發出高度柔性，堅固，穩定且高效的鈣鈦礦太陽能電池（PSC），最佳光電轉換效率（PCE）為18.0％，彎曲半徑小至5mm，在5000次彎曲循環后保持原有效率的91.7％。

以高度柔韌的二維層狀結構云母片為襯底，一方面通過范德華外延生長透明導電ITO（In:SnO2）薄膜，降低襯底對PSC器件的機械約束，另一方面通過云母的二維層狀結構阻擋水分子縱向滲透，提高器件穩定性。

無機云母耐高溫而且化學穩定，可以用做普適通用襯底，將現有玻璃基鈣鈦礦太陽能電池制備工藝直接轉移到柔性云母基板，大大加速柔性太陽能電池的研發周期，避免高分子基襯底的二次工藝開發。

云母基柔性鈣鈦礦太陽能電池結構

圖1.基于云母基底的三元鈣鈦礦太陽能電池的結構。

（a）云母襯底上柔性PSC制作過程示意圖：（Ⅰ）磁控濺射法在ITO基底上沉積ITO薄膜;（Ⅱ）空穴傳輸層PEDOT:PSS旋涂在云母/ITO基底上;（Ⅲ）鈣鈦礦薄膜通過一步涂覆法沉積，后退火;（Ⅳ）將電子傳輸層PCBM/BCP旋涂在鈣鈦礦薄膜上;（Ⅴ）在真空下通過熱蒸發沉積Ag電極。（b）云母/緩沖層AZO的高分辨率TEM圖像，以及云母和AZO的選區電子衍射SAED圖像。（c）云母/ITO/PEDOT：PSS基底上的云母片和鈣鈦礦膜的XRD數據。（d）云母/ITO/PEDOT：PSS/鈣鈦礦/PCBM/BCP/Ag的柔性PSC的斷面高分辨TEM圖像，以及插圖中云母/AZO和AZO/ITO的高分辨率TEM圖像。（e）基于云母襯底的柔性鈣鈦礦太陽能電池的實物照片。

光學和光伏特性

圖2.光學和光伏性能特征。

（a）云母/ITO/PEDOT：PSS上的半透明鈣鈦礦薄膜實物照片。（b）鈣鈦礦薄膜在云母/ITO襯底和玻璃/ITO襯底上的紫外-可見吸收光譜，插圖為鈣鈦礦的相應帶隙。不同襯底上，如純云母，玻璃，云母/ITO/PEDOT：PSS和玻璃/ITO/PEDOT：PSS上鈣鈦礦薄膜的穩態PL光譜（c）和時間分辨PL衰變（d）。最佳鈣鈦礦太陽能電池的J-V曲線（e）和外量子效率（EQE）光譜（f）。

柔韌性

圖3.柔性鈣鈦礦太陽能電池的彎曲試驗。

（a）在5mm曲率半徑下5000次彎曲循環之前和之后的基于云母的PSC的J-V曲線。分別在+∞，40,20,10和5mm的曲率半徑下（b）彎曲時間和（c）彎曲次數的函數歸一化PCE穩定測試。（d）其在10mm曲率半徑下，彎曲5000個循環前后，斷面PSC的SEM圖像。在云母/ITO/PEDOT：PSS上的鈣鈦礦薄膜的在10mm曲率半徑下彎曲5000次循環之前和之后的（e）穩態PL光譜和（f）TRPL光譜。

穩定性

圖4.在雙85條件下，85℃和85％相對濕度（RH）的濕熱條件下，分別基于云母和PET為襯底的鈣鈦礦薄膜和PSC器件的穩定性實驗。在高濕熱（85℃和85％RH）條件下，基于云母和PET為襯底和封裝材料：（a）鈣鈦礦薄膜的紫外-可見吸收光譜;（b）鈣鈦礦薄膜從450nm到800nm波段歸一化保留吸收對比;（c）電池PCE隨時間變化衰減對比;（d）云母和PET襯底上鈣鈦礦薄膜的降解實物照片。

該研究得到了深圳孔雀計劃等項目支持。石家莊鐵道大學趙晉津教授等為論文共同通訊作者。石家莊鐵道大學碩士研究生、中科院深圳先進技術研究院客座學生賈春媚與趙星宇為論文共同一作。