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超强激光科学卓越创新简报

(第六百七十九期)

2025年7月3日

上海光机所在柔性钙钛矿太阳能电池封装技术研究中取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部薄膜光学研发中心郑毅帆副研究员与上海大学机自学院魏斌教授、微电子学院施薇副研究员联合团队在柔性钙钛矿太阳能电池（Flexible Perovskite Solar Cells: FPSCs）封装技术研究领域取得重要进展。提出一种新型的透明热塑性聚氨酯（TPU）封装技术，成功实现了对FPSCs的高效封装，显著提升了器件的稳定性和耐用性。相关研究成果以“Moisture-Resistant Thermoplastic Polyurethane Encapsulation for Flexible Perovskite Solar Cells”为题发表于Energy Technology。

PSCs因其高效率和低成本潜力，在光伏产业中展现出巨大应用前景，被视为下一代光伏技术的有力竞争者。然而，钙钛矿材料对水分和氧气的高度敏感性是其商业化的主要障碍之一。传统的刚性封装方案虽能有效隔离器件，但其脆性限制了其在柔性电子设备中的应用。因此，开发适用于FPSCs的柔性封装技术成为研究热点。

本项研究中，研究团队深入探讨了多种柔性封装材料的性能，最终选择了具有优异柔韧性、低水分透过率和高透光性的TPU作为封装材料。通过一系列实验验证了TPU封装过程与PSC模块的兼容性，并实现了无损封装，封装后器件效率未出现明显下降。此外，通过微观形貌表征分析，证实TPU封装能有效阻止水氧侵入，延缓钙钛矿材料的分解，提升薄膜稳定性。实验结果显示，TPU封装的PSCs在25°C和50%相对湿度下1000小时后仍能保持95%的初始光电转换效率，在水下浸泡200小时后仍能保持80%的初始效率，展现出卓越的稳定性提升。此外，TPU封装在制造成本方面具有显著优势，为FPSCs的封装设计提供了系统全面的指导，为推动PSCs技术从实验室走向商业化生产提供了关键技术支持，有望在可再生能源领域引发重大变革。

相关工作得到了国家自然科学基金、国家科技部重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项等项目的支持。

原文链接

图 1. TPU 薄膜与 PI、PEN 和 PET 薄膜性能的比较：（a）400 - 800 nm范围内的平均光透过率，（b）水蒸气透过率特性，以及 （c）在 0、5000、10000 和 20000 次弯曲循环后聚合物薄膜的光学显微镜图像。

图 2. （a） 未封装和 TPU 封装的 FPSC 在水下 300 小时的效率对比。（b）常规封装和 TPU 封装的材料成本。（c）常规封装和 TPU 封装的最低可持续价格。

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