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  有機-無機雜化的鈣鈦礦材料(MBX₃)已經成為光伏領域的研究焦點。隨著材料和工藝的進步，鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的能量轉換效率（PCE）已經取得了顯著的進步。剛性基體的鈣鈦礦太陽能電池的PCE最高達到23.7%，柔性基體的PCE達到18.28%，纖維型器件的PCE達到9.49%。但是PSC要在商業上得到廣泛應用，就必須要耐受水分和溫度，以改善其耐久性。如果要把PSC與智能紡織品相結合，就必須采用柔性的紗線作為載體，來增加纖維型器件彎曲和扭轉的靈活性。

  近日，東華大學“一帶一路”先進纖維與低維材料國際聯合實驗室朱美芳院士團隊在太陽能專業期刊Solar RRL上發表了題為“Flexible Solar Yarns with 15.7% PCE, Based on Electrospun Perovskite Composite Nanofibers”的研究論文，在這項工作中，研究者采用了高柔韌性的銀紗線作為核心和負極，在負極上浸涂負載一層均勻的聚( 3-己基噻吩 )（P3HT），并采用靜電紡絲技術，直接以Ag/P3HT紗為軸心紡出均勻的鈣鈦礦-PVP納米纖維 (光活性層)，并將[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）-二氧化錫（SnO₂）復合材料涂覆在碳纖維紗線上制成陽極，再與鈣鈦礦紗線纏繞形成完整裝置，組裝完成后的鈣鈦礦太陽能紗線表現出了優異的光伏性能以及極佳的重復耐久性。論文共同第一作者是材料學院碩士研究生李倩和留學生Andrew Balilonda（烏干達籍，中國政府獎學金獲得者），通訊作者為高分子系全職專任教師Fatemeh Zabihi博士（伊朗籍）和楊升元副教授。

圖1a)  靜電紡絲裝置示意圖，說明直接在紗線上進行靜電紡絲。利用該技術在Ag-P3HT紗線上負載鈣鈦礦- PVP納米纖維。b)  在滾筒上電紡制備鈣鈦礦-PVP納米纖維的照片。

圖2 a)  完整鈣鈦礦太陽電池紗線的堆積結構。b)  銀紗線表面涂覆P3HT層的SEM圖像。c、d)  分別為堆積Ag/P3HT/(CH₃NH₃PbI₃-PVP納米纖維)紗線的斷面和表面SEM圖像。e) Ag/P3HT/(CH₃NH₃PbI₃-PVP納米纖維)紗線(太陽能電池陽極紗線)照片。

圖3  a) 基于CH₃NH₃PbI₃-PVP納米纖維的鈣鈦礦太陽能紗線的J-V曲線，活性層厚度10.5 μm。b) 含和不含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的太陽能電池紗線的有效壽命對比圖。c) 歸一化PCE隨彎曲周期的變化。插圖是有PMMA保護的完整的太陽能電池紗線。d) 基于鈣鈦礦的太陽能織物結構示意圖。

  綜上所述，在不同的靜電紡絲電壓和濕度條件下，靜電紡絲是控制PVP納米纖維上CH₃NH₃PbI₃晶體尺寸、質量和分布的有效方法。在改進的條件下合成的CH₃NH₃PbI₃-PVP納米纖維結構得到優化，光伏性能明顯提高，復合納米纖維也使太陽能紗線具有更好的柔韌性和穩定性。此外，靜電紡絲作為沉積CH₃NH₃PbI₃-PVP納米纖維的方法，保證了太陽能紗線制備的重現性和生產效率。本研究為制備高效且柔性、穩定性俱佳的鈣鈦礦太陽能電池提供了一種新的方法，并有望在可穿戴器件上得到進一步應用。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/solr.202000269

東華大學“一帶一路”國際聯合實驗室簡介：

  上海市先進纖維和低維材料“一帶一路”國際聯合實驗室依托于東華大學材料科學與工程學院及纖維材料改性國家重點實驗室建設，該實驗室于2018年10月獲上海市科委批準立項（項目批準號：18520750400），屬于“一帶一路”國際聯合實驗室建設方向，建設以來積極對接國際科技前沿和國家重大需求，與“一帶一路”沿線國家在科技轉化、人才培養等方面展開長期密切合作。聯合實驗室在東華大學國際合作處及國際文化交流學院的大力支持下，通過引進“一帶一路”國家全職外籍專家、招收“一帶一路”國家優秀來華留學生充實科研團隊，近年來已在Energy & Environmental Science、Journal of Materials Chemistry A、Solar RRL等學術期刊發表纖維器件領域相關論文十余篇。