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研究背景

柔性光伏（PV）器件是新興光伏技術(shù)的關(guān)鍵領(lǐng)域，因其在可穿戴設(shè)備、便攜式設(shè)備、室內(nèi)應(yīng)用以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的廣泛潛力而成為研究熱點(diǎn)。然而，盡管柔性光伏器件在光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）上取得了顯著進(jìn)展，其機(jī)械柔性和穩(wěn)定性評(píng)估仍然存在諸多問題。當(dāng)前，不同研究團(tuán)隊(duì)采用各自的參數(shù)來宣稱器件的“優(yōu)越柔性”，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果缺乏一致性，且難以進(jìn)行客觀比較。

成果簡介

基于此，日本理化學(xué)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(xué)家們提出了制定統(tǒng)一評(píng)估協(xié)議的必要性，以確保柔性光伏器件在機(jī)械性能和電性能上的可比性和可重復(fù)性。

具體來說，研究者們提出了一種在1%應(yīng)變下、經(jīng)過1,000次彎曲循環(huán)后測量PCE的測試協(xié)議，此外還包括關(guān)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(shí)踐指南。這些努力有助于解決當(dāng)前評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，并推動(dòng)柔性光伏技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

研究亮點(diǎn)

(1) 本文首次提出了一種在1%應(yīng)變下、經(jīng)過1,000次彎曲循環(huán)后測量柔性光伏器件光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）的協(xié)議。這一實(shí)驗(yàn)得到了有效評(píng)估柔性光伏器件在長期機(jī)械應(yīng)變下性能保持情況的結(jié)果，填補(bǔ)了以往評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的空白。

(2) 實(shí)驗(yàn)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(xiàn)這些因素對(duì)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(jié)果一致性的關(guān)鍵，

（3）本文還強(qiáng)調(diào)了在彎曲軸相對(duì)于電流方向平行和垂直的情況下進(jìn)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(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)，有助于推動(dòng)該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

圖文導(dǎo)讀

圖1: 折彎設(shè)置。

圖2: 樣品彎曲。

?圖3: 封裝和彎曲。

結(jié)論展望

本文的研究提供了關(guān)于柔性光伏器件機(jī)械穩(wěn)定性的深刻科學(xué)意義。首先，標(biāo)準(zhǔn)化的表征方法對(duì)于系統(tǒng)性評(píng)估柔性光伏器件的性能至關(guān)重要，尤其是在多次彎曲循環(huán)和不同應(yīng)變條件下。

這一發(fā)現(xiàn)表明，未來研究應(yīng)更多關(guān)注應(yīng)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(jié)果。其次，文章揭示了彎曲方向和應(yīng)力分布對(duì)光電性能衰退的顯著影響，這提示我們在設(shè)計(jì)柔性光伏器件時(shí)，不僅要關(guān)注材料本身的電性能，還需優(yōu)化器件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以減少因應(yīng)力不均造成的電性能損失。最后，結(jié)合光照和機(jī)械應(yīng)力的多因素表征手段為長時(shí)間穩(wěn)定性測試提供了新的思路，強(qiáng)調(diào)了環(huán)境因素和實(shí)際應(yīng)用條件對(duì)柔性光伏器件長期表現(xiàn)的影響。

文獻(xiàn)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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