蔣樹剛， 魏 岳， 劉海旭， 路萬兵*， 于 威

(1. 保定學院 汽車與電子工程學院， 河北 保定 071002； 2. 河北大學 物理科學與技術(shù)學院， 河北省光電信息材料重點實驗室， 河北 保定 071002)

1 引 言

隨著能源需求的快速增長，以及環(huán)境污染和全球變暖問題的日益加劇，開發(fā)清潔和可再生能源替代傳統(tǒng)化石燃料已成為人類社會發(fā)展不可或缺的選擇。光伏發(fā)電可將太陽輻射直接轉(zhuǎn)化為電能，具有無污染、資源豐富和可持續(xù)等優(yōu)勢，已成為綠色能源工程的重要發(fā)展領(lǐng)域。截至2016年底，全球累計光伏裝機容量已達到302 GW，預計可供應全球電力需求的1.3%～1.8%[1]。然而，與到達地球表面的總太陽能相比，302 GW仍是微乎其微的。

進一步降低太陽電池的平準化電力成本，使其比化石燃料更具競爭力，是目前進一步擴大太陽電池的應用規(guī)模面臨的主要問題之一。通過引入適于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的卷對卷制造工藝，并采用可大幅減少電池制備過程能源消耗的低溫制備工藝，在廉價柔性襯底上制造光伏器件可大大降低太陽電池的生產(chǎn)成本。與傳統(tǒng)剛性太陽電池相比，柔性太陽電池具有輕便、可彎曲、與可穿戴器件兼容、便于運輸和安裝等優(yōu)點，可容易地應用于光伏建筑一體化發(fā)電，而且其在可穿戴發(fā)電設備、自動供電電動車、無人機、平流層飛艇等軍事和民用領(lǐng)域也具有巨大的潛在應用前景。然而，太陽電池的柔性化也會帶來一些新的問題。例如，大多數(shù)由塑料材料制成的柔性基材不能耐受高溫處理，因此，加工溫度通常必須控制在150 ℃以下，這使得許多半導體薄膜的光電和力學性能無法被充分優(yōu)化，導致器件的性能較差。

近年來，作為一種快速發(fā)展的新興光伏技術(shù)，有機/無機雜化鈣鈦礦太陽電池(PSC)因其所具有的高效率、低成本和可溶液處理等優(yōu)勢，而受到了人們的廣泛關(guān)注。PSC研究最早始于2009年，之后短短幾年時間，其功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)記錄就從最初的3.8%[2]被迅速提升至22.7%[3]。由于鈣鈦礦薄膜具有可低溫溶液法制備、高機械柔性、高光吸收系數(shù)等固有優(yōu)勢，PSC的柔性化可充分發(fā)揮其優(yōu)勢，并可最大限度地降低加工成本，具有廣闊的市場應用前景，已成為PSC領(lǐng)域的一個研究熱點。

有機/無機雜化鹵化物鈣鈦礦材料通?？杀硎緸锳BX3，其中A是一價有機/無機陽離子(甲基銨、甲脒鎓、銫、銣等)，B通常是二價金屬無機陽離子(Pb，Sn和Ge等)，其尺寸一般小于A，而X是鹵化物元素(I，Cl和Br)。其中最典型也是最早被用作電池吸光層的鈣鈦礦材料是CH3NH3PbI3，然而大量的研究顯示，CH3NH3PbI3對水和極性溶劑非常敏感，而且在溫度較高時存在固有的相不穩(wěn)定性，這已成為其在光伏或其他光電領(lǐng)域可靠應用的主要障礙。除穩(wěn)定性問題外，CH3NH3PbI3鈣鈦礦的帶隙約為1.55 eV，這對太陽電池來說并不理想。為追求更高的PCE和改善其穩(wěn)定性，通過組分工程制備適當組分混合的鈣鈦礦材料被認為是最有前景的方法之一，近年來受到了人們的廣泛關(guān)注，文獻[4]已對相關(guān)進展進行了較好的綜述。

有機塑料、金屬箔和柔性玻璃等已被用作柔性PSC制備的基材，多種接觸電極、不同的電子傳輸材料和空穴傳輸材料也已被嘗試用于制備柔性PSC。本文首先對目前已報道的柔性PSC性能發(fā)展歷程進行了簡單回顧，其次介紹了與柔性PSC兼容的基底材料和透明電極材料，然后討論了柔性PSC中所使用的電子和空穴傳輸層材料，最后對柔性PSC未來的發(fā)展進行了展望。

2 柔性PSC性能的發(fā)展

柔性PSC可充分利用鈣鈦礦材料的高光吸收系數(shù)、可低溫溶液法制備、高機械柔性等優(yōu)勢，與卷對卷連續(xù)鍍膜工藝相結(jié)合大幅降低其生產(chǎn)成本，還有利于PSC的輕量化，在光伏建筑一體化、可穿戴設備、航空航天等領(lǐng)域具有巨大的應用潛力，近年來受到了人們的廣泛關(guān)注。圖1顯示了近年來柔性PSC性能的主要發(fā)展歷程。2013年，Kumar等[5]利用低溫工藝制備的氧化鋅(ZnO)納米棒作為電子傳輸層，首次實現(xiàn)了PCE為2.62%的柔性PSC。之后幾年，隨著新的適合于柔性PSC的透明電極材料及鈣鈦礦薄膜研究的深入，柔性PSC的性能大幅提高。2014年，Jung等[6]在PCBM層和金屬電極之間插入附加的緩沖層增強歐姆接觸，制備了PCE為9.4%的倒結(jié)構(gòu)柔性PSC。2015年，Shin 等[7]制備了光學透過率在可見光范圍內(nèi)比傳統(tǒng)的TiO2高的Zn2SO4納米晶薄膜，基于其制備的柔性PSC的PCE達到了15.3%。隨后，該課題組在2016年[8]又開發(fā)了一種可以旋涂的Zn2SO4納米油墨作為電子傳輸層，基于鈣鈦礦材料CH3NH3Pb(I0.9Br0.1)3制備的柔性PSC，其PCE達到了16.5%。2017年，Yoon等[9]在ITO透明電極上制備了效率高達17.3%的柔性PSC。同年，黃勁松課題組[10]利用低溫(≤100 ℃)溶液工藝在ITO/PET基材上實現(xiàn)了18.1%的柔性PSC的制備。相信隨著新材料和低溫控制薄膜質(zhì)量技術(shù)的不斷發(fā)展，柔性PSC的效率會進一步提高。

圖1 柔性PSC的性能進展

3 用于柔性PSC的基材

3.1 塑料基材

PSC通常在剛性玻璃基板上制備，玻璃基板具有良好的光透射性、耐熱性和耐腐蝕性，并與透明導電膜的接觸良好，主要缺點是重量大、脆性和制備過程的高能耗。聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等有機塑料基材具有成本低、彎折性好、透光性高及對通常溶劑的耐候性良好等優(yōu)點，是目前柔性PSC研究使用的主要基材。與剛性PSC類似，柔性PSC也可分為正結(jié)構(gòu)(n-i-p)和倒結(jié)構(gòu)(p-i-n)兩種。對于剛性PSC而言，相比于倒結(jié)構(gòu)PSC，正結(jié)構(gòu)的PSC通常更易獲得高的PCE。然而，正結(jié)構(gòu)中多采用金屬氧化物用作電子傳輸層，其制備通常需要高溫工藝，例如在正結(jié)構(gòu)中使用最廣泛的電子傳輸層材料TiO2，其制備通常需要450 ℃以上的高溫退火工藝。但由于PET或PEN等塑料基材能承受的溫度一般不能超過150 ℃[11]，因此，制備正結(jié)構(gòu)的柔性PSC，通常必須考慮電子傳輸層的低溫制備工藝。相比較而言，倒結(jié)構(gòu)PSC因制備工藝簡單、可低溫成膜、無明顯回滯效應等優(yōu)點，在早期柔性PSC的研究中受到了更多的關(guān)注。此外，與剛性玻璃基材不同，柔性塑料基材普遍對水氧的阻隔性較差，而有機/無機雜化鈣鈦礦材料對水氧非常敏感，微量的水氧滲透就會導致PSC器件性能顯著下降，因此，為防止器件因水氧滲透導致性能下降，需要在塑料基材上沉積阻擋層提高其水氧阻隔性。

3.2 金屬箔基材

除塑料基材外，近年來金屬基材也被嘗試用于柔性PSC，但是由于金屬是不透明的，所以要求頂電極必須透明。首個基于金屬基材的柔性PSC是在鈦基板上制造的，其頂部用12 nm的Ag作為超薄透明金屬電極[12]。由于不需使用ITO，器件在具有良好機械柔性的同時PCE達到了6%。但由于其制備PSC的工藝在低溫方面并沒有顯示出明顯優(yōu)勢，加之12 nm的Ag薄膜作為透明頂電極會導致PSC光吸收和穩(wěn)定性變差，使得這種工藝沒有引起太多關(guān)注。2016年，Abdollahi等[13]選擇廉價且重量輕的銅箔作為柔性導電基材，制備了結(jié)構(gòu)為Cu/CuI/CH3NH3PbI3/ZnO/Ag的低成本柔性PSC，其器件結(jié)構(gòu)及能級如圖2所示。銅箔作為柔性電極，功能與ITO相同，由于銅箔不透光，器件通過頂層透明導電的銀納米線網(wǎng)格采光。使用CuI和ZnO作為無機空穴和電子傳輸層，和傳統(tǒng)有機空穴和電子傳輸層相比，其較強的空穴、電子收集傳輸能力不僅增強了器件的電學性能，還能有效阻擋紫外線，提高器件的穩(wěn)定性。所制備電池器件的PCE達到了12.8 %，經(jīng)受長達60天的耐久性、1 000次循環(huán)的彎曲穩(wěn)定性和超過450 s的光照穩(wěn)定性測試后仍可保持較高的效率，為全無機柔性PSC制備提供了技術(shù)可能。

圖2 基于銅箔的柔性PSC結(jié)構(gòu)及能級示意圖[13]

Fig.2 Schematic diagram of a Cu foil based flexible PSC and its energy level alignment[13]

2018年，Han等[14]以鈦箔為柔性基底制備了高效率可彎曲的柔性PSC，器件PCE達到了14.7%，短路電流密度Jsc=17.9 mA/cm2，開路電壓Voc=1.09 V，填充因子FF為74%。TiO2通過Ti箔在空氣中的熱氧化而形成，其較高的開路電壓和填充因子被歸功于電子傳輸層TiO2的高質(zhì)量結(jié)晶和表面較低的氧空位濃度。該PSC具有優(yōu)異的機械性能，相對于PET/ITO基底上的PSC表現(xiàn)出了更加優(yōu)異的抗彎折特性，在4 mm彎曲半徑下彎曲1 000次后，PSC的PCE仍保持初始值而不衰減。此外，Qiu等[15]在纖維狀Ti基底上沉積了高覆蓋度和高均勻性的鈣鈦礦層，所制備器件PCE達到了7.1%，400次彎曲測試后PCE仍保持初始效率的90%以上。

3.3 柔性超薄玻璃基材

2017年，Dou等[16]在柔性超薄玻璃上分別使用AZO、ITO和IZO等3種不同的透明導電氧化物(TCO)制備了柔性PSC，其結(jié)構(gòu)為Willow glass/TCO/SnO2/FAMACs/Spiro-MeOTAD/MoOx/Al，器件整體非常薄(<0.15 mm) ，由于超薄玻璃基板質(zhì)量非常輕，整個器件質(zhì)量密度小于148 mg/in2，實現(xiàn)了高功率質(zhì)量比，如圖3所示?；贗ZO制備的器件具有最高的填充因子(FF為75.2%)，PCE達到了18.1%。超薄柔性玻璃基材保留了剛性材料的許多優(yōu)點，例如加工溫度可高達700 ℃，并具備高水氧阻隔性，厚度為100 μm柔性玻璃水蒸汽透過率(WVTR)在45 ℃時低于7×10-6g·m-2·d-1，而柔性聚合物基材的WVTR在45 ℃時高達1.1 g·m-2·d-1。柔性玻璃的這些特點為制備高效穩(wěn)定柔性PSC提供了基礎，但它的易碎性會導致生產(chǎn)時成品率較低，這成為制約其大規(guī)模應用所面臨的主要問題之一。

圖3 (a)基于柔性玻璃的PSC器件結(jié)構(gòu)示意圖；(b)器件的圖片：未彎曲狀態(tài)(上)和彎曲狀態(tài)(下)[16]。

4 用于柔性PSC的透明電極材料

4.1 TCO電極

然而，ITO等TCO材料在柔性襯底上的涂層也有一些缺點不容忽視。首先，ITO中的銦元素是稀有而昂貴的金屬。其次，ITO等TCO涂層很脆，不能承受高曲率彎曲。例如，Zardetto等[17]報道了曲率半徑從16 mm到2 mm彎曲后ITO/PET和ITO/PEN的退化過程。當半徑減小到14 mm以下時，薄膜的薄層電阻明顯增加，表明薄膜已經(jīng)損壞。因此，探索用于柔性PSC的替代透明電極材料非常重要。

4.2 金屬納米結(jié)構(gòu)透明電極

4.3 碳基納米材料透明電極

金屬電極在柔性PSC上應用時，通常需要在高真空下制備，不適于大面積制造柔性PSC，并且把價格昂貴的金和銀作為首選材料，這些因素都限制了柔性PSC的商業(yè)化。特別是金屬電極的使用限制了柔性PSC的長期穩(wěn)定性[19]，以銀網(wǎng)/導電聚合物為電極的柔性PSC當受到熱應力時，性能明顯下降，在45 ℃下500 h后PCE減少了25%，在70 ℃下97 h后減少約77%。由于碳電極的耐用性、低成本和高柔性等特點，決定了以其作為電極制備的PSC具有輕便和機械柔性的特點，近來也引起了人們廣泛的關(guān)注。

Kauppinen及其同事[22-23]報道了氣溶膠合成的單壁碳納米管(SWNT)薄膜，具有高導電性和透光性，通過直接干燥轉(zhuǎn)移可用作柔性PSC的底電極。2017年，Jeon等[24]分別用單壁碳納米管和石墨烯作為倒置柔性PSC的底部透明電極，器件PCE分別達到了12.8%和14.2%，而使用ITO的常規(guī)倒置PSC的PCE為17.8%。由于石墨烯的表面形貌和透明度比單壁碳納米管更好，當用作倒置PSC的透明電極時，可以得到更高的PCE?；趩伪谔技{米管的PSC比基于石墨烯的PSC具備略好的機械性能，這可歸因于相比于具有晶界和缺陷的應變石墨烯薄膜，單壁碳納米管的隨機取向糾纏排列以及無缺陷的本性。2018年，Luo等[25]用全碳電極制備了柔性PSC，以石墨烯作為透明陽極，碳納米管作為陰極，通過低溫合成的TiO2與PCBM結(jié)合作為電子傳輸層，然后使用spiro-OMeTAD作為空穴傳輸層，基于全碳電極的柔性PSC的PCE達到了11.9%。而且具有優(yōu)異的彎曲穩(wěn)定特性，其在4 mm的曲率半徑下，經(jīng)過2 000次彎折測試，其PCE仍能保持初始值的86%以上，明顯優(yōu)于用ITO/PEN透明電極和金屬背電極制備的常規(guī)柔性PSC。此外，基于全碳電極的柔性PSC表現(xiàn)出良好的濕熱穩(wěn)定性能，它們在1 000 h光照或在潮濕的空氣中熱壓測試后保持了原始PCE的90%以上。研究表明碳基電極具有不與碘等鹵素離子反應、不會被氧化和良好的疏水性等特點，可以保證基于它的柔性PSC具有長期穩(wěn)定性?？紤]到光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向致力于開發(fā)低成本和高效率的柔性可穿戴太陽電池，基于全碳電極的柔性PSC表現(xiàn)出的穩(wěn)定性和柔韌性清楚地表明碳材料具有替代常規(guī)電極材料，實現(xiàn)高效率、耐用和大規(guī)模生產(chǎn)鈣鈦礦光伏器件的潛力。

4.4 無TCO的柔性PSC

上文提到的柔性PSC多次彎折后器件性能下降的一個很重要的原因是ITO本身的破裂造成的[26]。因此人們也嘗試在器件中不使用ITO等金屬氧化物作為電極。Kelly等[27]用PEDOT∶PSS直接替代ITO，既作空穴傳輸層又作導電電極，這種方法制備的器件柔韌性有所提高，但由于鈣鈦礦功能層在數(shù)百次彎折測試后也出現(xiàn)裂縫，填充因子大幅下降，導致效率大幅降低。Chen等[28]用同樣的方法和結(jié)構(gòu)，采用逐層沉積得到最優(yōu)厚度的致密CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦層，器件PCE達到了12.25%，并且在經(jīng)過1 000次的彎折后效率仍能保持11.9%。Kaltenbrunner等[29]利用超薄PET(1.4 μm)材料制造了超柔超輕超薄PSC(3 μm)，其PCE高達13%，結(jié)構(gòu)如圖4所示。通過在頂電極和電子傳輸層中間插入Cr2O3-Cr層，有效阻止了頂部金屬電極與鈣鈦礦層發(fā)生反應，從而大幅提高器件的穩(wěn)定性。與其他類型的太陽電池相比，該柔性PSC有最高的能量密度23 W·g-1，并作為動力電池成功應用于航空模型。2017年，中科院化學所宋延林課題組通過納米組裝-印刷方式制備出了聚苯乙烯摻雜的納米蜂巢狀PEDOT∶PSS空穴傳輸層，該蜂巢狀納米結(jié)構(gòu)還可作為支架實現(xiàn)鈣鈦礦層的高度結(jié)晶，并可作為力學緩沖層，使柔性PSC具有更高的力學穩(wěn)定性，同時其內(nèi)部形成的光學諧振腔還可提高器件的光利用率。基于該技術(shù)實現(xiàn)了不用ITO等金屬氧化物作電極、PCE為12.32%的柔性PSC器件的制備[30]。

圖4 (a)厚度為1.4 μm的PET基材的太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖；(b)太陽能飛機模型戶外飛行時的快照[29]。

5 用于柔性PSC的傳輸層材料

作為柔性PSC不可或缺的部分，載流子選擇傳輸層承擔著從鈣鈦礦活性層到電極提取光生載流子的功能。為了避免電荷累積，有效的電荷分離和界面處的傳輸對于器件的效率和穩(wěn)定性非常重要。

5.1 電子傳輸層材料

在PSC中，電子傳輸層(也稱作n型傳輸層)用于提取光生電子和阻擋空穴到電極。這通常要求電子傳輸層具有合適的電子親和力、高電子遷移率和與鈣鈦礦活性層良好的功函數(shù)匹配。特別是作為正結(jié)構(gòu)器件中的窗口層，光入射需要n型界面層的高透光率。由于柔性PSC常用的PET等襯底不能耐受高溫，要求作為電子傳輸層的金屬氧化物沉積及退火溫度低于150 ℃。2013年，Kumar等[31]通過低溫工藝制備了ZnO納米棒，用來代替TiO2電子傳輸層，成功制備出柔性PSC。遺憾的是，器件的性能不太令人滿意，在剛性基底上獲得了8.9%的PCE，而相同工藝TiO2作為電子傳輸層的器件PCE為15%，在柔性基底上僅獲得了2.62%的PCE。之后, Liang等[32]利用磁控濺射法制備了更加平整、無缺陷的ZnO致密層作為電子傳輸層，在柔性基底上獲得了8.03%的PCE。2014年，Liu等[33]用極小的ZnO納米顆粒在室溫下制備了致密平整的金屬氧化物ZnO電子傳輸層，所制備的PSC在剛性基底上獲得了15.7%的PCE，柔性基底上PCE達到了10.2%。Shin等[7]進一步使用ZnO和SnO2的混合氧化物Zn2SnO4作為電子傳輸層材料，在PEN基底上制備了PCE達15.3%的柔性PSC，其經(jīng)過300次彎曲測試后PCE仍能保持初始值的95%。通過這種方法制備的Zn2SnO4電子傳輸層具有優(yōu)良的電子傳輸能力，整個過程都在100 ℃或更低的溫度下完成，并且這些納米顆粒的形成不需要高壓，所以這種工藝非常適合柔性PSC的大面積制備。Yang等[34]使用固態(tài)離子液體氯化1-芐基-3-甲基咪唑作為電子傳輸層材料，并在器件背面濺射MgF2作為減反層，制得的器件PCE達到了16.09%。

除了用其他電子傳輸材料替換TiO2這種思路以外，研究者也嘗試了低溫制備TiO2致密層，使傳統(tǒng)的TiO2材料能夠用于基于塑料基材的柔性PSC。科研人員研發(fā)了幾種低溫制備TiO2的工藝，如TiO2和石墨烯的納米復合材料[35]、納米金紅石型TiO2[36]、原子層沉積技術(shù)制備TiO2[37]等。2015年，Qiu等[38]采用電子束蒸鍍法在PET-ITO基底上沉積了非晶TiO2層，在此基礎上制備的柔性PSC轉(zhuǎn)換效率達到了13.5%，但是沒有報道彎曲測試相關(guān)的實驗。Yang等[39]使用磁控濺射的方法，在PET-ITO上制備了非晶的TiO2致密層，通過穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光譜發(fā)現(xiàn)，非晶的TiO2層相比銳鈦礦型的TiO2層具有更高的電子遷移率，最終得到的器件PCE達到了15.07%。同時，其他低溫制備TiO2的方法也在研究發(fā)展，Kim等[40]使用原子層沉積技術(shù)(ALD)在PET-ITO基底上制備了TiOx層，通過這種方法制備了柔性PSC，其PCE達到12.2%，并且表現(xiàn)出優(yōu)異的耐彎特性，經(jīng)過1 000次彎折測試后仍能保持最初PCE的95%。

在倒結(jié)構(gòu)柔性PSC中，PCBM等富勒烯衍生物也經(jīng)常被用作電子傳輸層材料。其可以通過低溫溶液旋涂制備，具有良好的機械柔韌性，通常被旋涂于鈣鈦礦層之上，并且在其與金屬電極之間常需要插入額外的緩沖層(如BCP)以增強歐姆接觸。除了上述材料之外，其他金屬氧化物如SnO2[41]和W(Nb)Ox[42]也已用作柔性PSC的電子傳輸層材料。

5.2 空穴傳輸層材料

PEDOT∶PSS、PTAA和spiro-MeOTAD等由于簡單低溫的薄膜制備工藝、與鈣鈦礦的能級匹配及可接受的電導率，是柔性PSC中最常用的空穴傳輸層材料(也稱作p型傳輸層材料)。倒置柔性PSC由于不需要高溫制備TiO2等金屬氧化物作為電子傳輸層，器件可以在低溫(<150 ℃)下制備，所以這種結(jié)構(gòu)更有利于制造柔性PSC。2013年，Snaith課題組[43]制備了結(jié)構(gòu)為PET-ITO/PEDOT∶PSS/CH3NH3PbI3-xClx/PCBM/TiOx/Al的倒置柔性PSC，其器件PCE可以達到6%。2014年，Bolink 等[44]用蒸發(fā)法在四-丁基-N,N-二苯基苯胺均聚物(polyTPD)/PEDOT∶PSS表面沉積CH3NH3PbI3，制備了柔性PSC，并且整個制備過程所需最高溫度僅為90 ℃，器件PCE達到7%。PEDOT∶PSS作為空穴傳輸層在柔性PSC上的應用持續(xù)發(fā)展，You等[45]采用這種方法，以CH3NH3PbI3-xClx為基礎，通過優(yōu)化鈣鈦礦功能層，所得倒置PSC已經(jīng)能夠達到9.2%的PCE，然而缺乏彎曲耐久性。2017年，黃勁松課題組[10]利用PTAA 作為空穴傳輸層在ITO/PET基板上制備了倒結(jié)構(gòu)的柔性PSC，通過調(diào)整鈣鈦礦膜組分來改善薄膜形態(tài)和光電性能，最終將PCE提高到了18.1%。

有機空穴傳輸層中摻雜劑的引入會影響器件的長期穩(wěn)定性。此外，有機空穴傳輸材料的合成通常比較復雜，昂貴的價格和不穩(wěn)定因素制約著有機空穴傳輸材料將來大規(guī)模的應用。近年來，NiOx[46]、CuI[13]、CuCrO2[47]等無機空穴傳輸層材料也已被成功應用于柔性PSC。Zhang等[46]通過化學沉淀法合成NiOx納米晶，制得NiOx水性納米油墨。通過在PET/ITO基底上旋涂NiOx納米晶薄膜，結(jié)合PCBM/Bis-C60作為電子傳輸層，所制得的倒置柔性PSC達到了14.53%的PCE。Qin等[47]利用銅鉻二元金屬氧化物作為PSC空穴傳輸層，通過調(diào)節(jié)前驅(qū)體溶液中乙酰丙酮銅和乙酰丙酮鉻的比例，在柔性PET基底上實現(xiàn)了高達15.53%的PCE。與有機空穴傳輸材料相比，無機空穴傳輸材料的生產(chǎn)成本更低，而且其固有空穴遷移率通常很高，這使其可在沒有任何摻雜劑或添加劑的情況下使用，從而使優(yōu)化過程更簡單，并且基于其所制備的器件更穩(wěn)定。此外，由于無機空穴傳輸材料所固有的高穩(wěn)定性和疏水特性，也使得基于其的器件具有更好的長期穩(wěn)定性。

6 總結(jié)與展望

PSC因其所具有的高效率和可溶液處理等優(yōu)勢而受到了人們的廣泛關(guān)注，已成為近幾年光伏領(lǐng)域的研究熱點。PSC的柔性化可為其帶來更多的優(yōu)勢，如可通過卷對卷印刷廉價生產(chǎn)、輕量化和可穿戴發(fā)電等。目前，柔性PSC器件的效率還低于常規(guī)的剛性PSC，但此類器件目前主要是基于應用層面開發(fā)的，因此提高器件的柔性與穩(wěn)定性和提高器件效率同等重要。

本文總結(jié)了不同基底、電極材料及載流子傳輸層材料的柔性PSC的研究成果及特點。到目前為止，使用最普遍的柔性基材是PET、PEN等有機塑料基材，其他柔性基材如超薄玻璃、Ti或Cu金屬箔、纖維狀金屬絲等也已被嘗試用于柔性PSC制備。使用最普遍的柔性透明電極材料仍然是ITO等TCO材料，但其柔韌性能有限，作為其替代品，超薄金屬薄膜、金屬網(wǎng)格和金屬納米線等金屬納米結(jié)構(gòu)透明電極材料為柔性PSC的高效、低成本和低溫制備提供了可能性，展示了巨大的應用潛力。另外，碳納米管、石墨烯等碳基透明導電材料由于其高透明度、高導電性、良好的機械柔性和穩(wěn)定性，也已被嘗試用于柔性PSC。柔性PSC研究的另一個主要關(guān)注點是在低溫條件下制備高質(zhì)量的電子和空穴傳輸層材料，這一點對于正結(jié)構(gòu)柔性PSC尤為重要。最后需要指出的是，盡管穩(wěn)定性問題是柔性PSC應用需要考慮的一個重要因素，但專門針對其的相關(guān)報道仍然較少，進一步探索提升電池穩(wěn)定性的方法對于該領(lǐng)域的未來發(fā)展將變得越來越重要。

為實現(xiàn)柔性PSC的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，在大力開展上述PSC關(guān)鍵材料研發(fā)的同時，也應開發(fā)適用于大面積連續(xù)制備的卷對卷技術(shù)。關(guān)于柔性PSC的穩(wěn)定性問題，可以借鑒有機發(fā)光二極管研究領(lǐng)域相關(guān)經(jīng)驗，開發(fā)具有超高水氧阻隔性適合柔性PSC的薄膜封裝技術(shù)。為實現(xiàn)金屬納米結(jié)構(gòu)透明電極在柔性PSC上的更好應用，需在不影響器件效率的前提下，進一步開發(fā)可有效防止鈣鈦礦材料中鹵素與金屬電極之間擴散反應的技術(shù)。另外，開發(fā)與柔性PSC低溫制備工藝兼容的具有低生產(chǎn)成本和高穩(wěn)定性的無機電子和空穴傳輸層材料，也是將來大規(guī)模應用的關(guān)鍵。

總之，由于柔性PSC自身的特點，如果其效率和穩(wěn)定性得到一定程度的改善，相信柔性PSC將會成為商業(yè)太陽電池最有潛力的競爭者之一。