【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部薄膜光學研發中心鄭毅帆副研究員與上海大學機自學院魏斌教授、微電子學院施薇副研究員聯合團隊在柔性鈣鈦礦太陽能電池(Flexible Perovskite Solar Cells: FPSCs)封裝技術研究領域取得重要進展。提出一種新型的透明熱塑性聚氨酯(TPU)封裝技術，成功實現了對FPSCs的高效封裝，顯著提升了器件的穩定性和耐用性。相關研究成果以“Moisture-Resistant Thermoplastic Polyurethane Encapsulation for Flexible Perovskite Solar Cells”為題發表于Energy Technology。
 

　　PSCs因其高效率和低成本潛力，在光伏產業中展現出巨大應用前景，被視為下一代光伏技術的有力競爭者。然而，鈣鈦礦材料對水分和氧氣的高度敏感性是其商業化的主要障礙之一。傳統的剛性封裝方案雖能有效隔離器件，但其脆性限制了其在柔性電子設備中的應用。因此，開發適用于FPSCs的柔性封裝技術成為研究熱點。
 

　　本項研究中，研究團隊深入探討了多種柔性封裝材料的性能，最終選擇了具有優異柔韌性、低水分透過率和高透光性的TPU作為封裝材料。通過一系列實驗驗證了TPU封裝過程與PSC模塊的兼容性，并實現了無損封裝，封裝后器件效率未出現明顯下降。此外，通過微觀形貌表征分析，證實TPU封裝能有效阻止水氧侵入，延緩鈣鈦礦材料的分解，提升薄膜穩定性。實驗結果顯示，TPU封裝的PSCs在25°C和50%相對濕度下1000小時后仍能保持95%的初始光電轉換效率，在水下浸泡200小時后仍能保持80%的初始效率，展現出卓越的穩定性提升。此外，TPU封裝在制造成本方面具有顯著優勢，為FPSCs的封裝設計提供了系統全面的指導，為推動PSCs技術從實驗室走向商業化生產提供了關鍵技術支持，有望在可再生能源領域引發重大變革。
 

　　相關工作得到了國家自然科學基金、國家科技部重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專項等項目的支持。
 

　　圖 1. TPU 薄膜與 PI、PEN 和 PET 薄膜性能的比較：(a)400 - 800 nm范圍內的平均光透過率，(b)水蒸氣透過率特性，以及 (c)在 0、5000、10000 和 20000 次彎曲循環后聚合物薄膜的光學顯微鏡圖像。

 

　　圖 2. (a) 未封裝和 TPU 封裝的 FPSC 在水下 300 小時的效率對比。(b)常規封裝和 TPU 封裝的材料成本。(c)常規封裝和 TPU 封裝的最低可持續價格。