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研究背景

柔性光伏（PV）器件是新興光伏技術的關鍵領域，因其在可穿戴設備、便攜式設備、室內應用以及物聯網等領域的廣泛潛力而成為研究熱點。然而，盡管柔性光伏器件在光電轉換效率（PCE）上取得了顯著進展，其機械柔性和穩(wěn)定性評估仍然存在諸多問題。當前，不同研究團隊采用各自的參數來宣稱器件的“優(yōu)越柔性”，導致評估結果缺乏一致性，且難以進行客觀比較。

成果簡介

基于此，日本理化學研究所RIKEN的Kenjiro Fukuda，Osbel Almora等攜手在Nature Energy期刊上發(fā)表了題為“A bending test protocol for characterizing the mechanical performance of flexible photovoltaics”的最新論文。科學家們提出了制定統(tǒng)一評估協議的必要性，以確保柔性光伏器件在機械性能和電性能上的可比性和可重復性。

具體來說，研究者們提出了一種在1%應變下、經過1,000次彎曲循環(huán)后測量PCE的測試協議，此外還包括關于彎曲測試過程中的環(huán)境條件、彎曲半徑和器件封裝等方面的良好實踐指南。這些努力有助于解決當前評估標準不統(tǒng)一的問題，并推動柔性光伏技術的進一步發(fā)展。

研究亮點

(1) 本文首次提出了一種在1%應變下、經過1,000次彎曲循環(huán)后測量柔性光伏器件光電轉換效率（PCE）的協議。這一實驗得到了有效評估柔性光伏器件在長期機械應變下性能保持情況的結果，填補了以往評估標準不統(tǒng)一的空白。

(2) 實驗通過系統(tǒng)地研究彎曲程序、封裝影響以及測試過程中環(huán)境條件（溫度、濕度、光照）的控制，發(fā)現這些因素對柔性光伏器件的性能具有顯著影響。研究表明，均勻施加彎曲半徑是確保測試結果一致性的關鍵，

（3）本文還強調了在彎曲軸相對于電流方向平行和垂直的情況下進行測試的重要性。該研究為柔性光伏器件的性能比較提供了更具可重復性的標準，有助于推動該領域的進一步發(fā)展。

圖文導讀

圖1: 折彎設置。

圖2: 樣品彎曲。

?圖3: 封裝和彎曲。

結論展望

本文的研究提供了關于柔性光伏器件機械穩(wěn)定性的深刻科學意義。首先，標準化的表征方法對于系統(tǒng)性評估柔性光伏器件的性能至關重要，尤其是在多次彎曲循環(huán)和不同應變條件下。

這一發(fā)現表明，未來研究應更多關注應變量化和曲率半徑的均勻分布，以獲得更客觀和可比的測試結果。其次，文章揭示了彎曲方向和應力分布對光電性能衰退的顯著影響，這提示我們在設計柔性光伏器件時，不僅要關注材料本身的電性能，還需優(yōu)化器件的機械結構，以減少因應力不均造成的電性能損失。最后，結合光照和機械應力的多因素表征手段為長時間穩(wěn)定性測試提供了新的思路，強調了環(huán)境因素和實際應用條件對柔性光伏器件長期表現的影響。

文獻信息

Fukuda, K., Sun, L., Du, B. et al. A bending test protocol for characterizing the mechanical performance of flexible photovoltaics. Nat Energy (2024).

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