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  太陽(yáng)能作為一種干凈無(wú)污染的可再生能源，具有其它能源無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。目前絕大多數(shù)太陽(yáng)能電池都是平板形狀，這種太陽(yáng)能面板雖然可以采用機(jī)械技術(shù)使其隨著太陽(yáng)一天的移動(dòng)路徑而轉(zhuǎn)動(dòng)角度，但由于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境（太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)直射點(diǎn)）復(fù)雜多變，現(xiàn)有的大型太陽(yáng)能電池陣列無(wú)法實(shí)時(shí)改變其位置，這意味著它們無(wú)法充分利用太陽(yáng)能，這一設(shè)計(jì)仍然具有很大的局限性。考慮到電子產(chǎn)品的小型化和自動(dòng)化的趨勢(shì)，應(yīng)日益重視自我驅(qū)動(dòng)微能量技術(shù)，急需提出一種新的材料設(shè)計(jì)策略來(lái)實(shí)現(xiàn)自變形和趨光可行走太陽(yáng)能電池。

圖（1）趨光可行走鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  在大自然中，向日葵是一種最典型的“心中有太陽(yáng)，跟著陽(yáng)光走”的植物。汲取了向日葵趨光綻放的靈感，東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，材料科學(xué)與工程學(xué)院王宏志教授課題組采用簡(jiǎn)單且高效的方法將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與致動(dòng)模塊進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，研制出了能在復(fù)雜環(huán)境中快速、自主改變形狀位置以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的能量富集的趨光可行走太陽(yáng)能電池。

圖（2）趨光可行走鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的致動(dòng)原理

  在這項(xiàng)工作中，研究人員采用水熱合成的二氧化錫(LT-SnO₂)作為電子傳遞層(ETL)得到了輕質(zhì)柔性高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，在確保致動(dòng)模塊能負(fù)載前行的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)17.75％的光電轉(zhuǎn)換效率。致動(dòng)模塊選用低密度聚乙烯(LDPE)/聚丙烯(PP)雙層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其制造過(guò)程簡(jiǎn)單且材料來(lái)源廣泛，適合于宏量制備。研究發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)境溫度升高，LDPE晶體在微觀形貌上變化較大，非晶分子鏈被拉長(zhǎng)(展開(kāi))，導(dǎo)致宏觀形貌上的膨脹，而PP晶體卻無(wú)多大變化。研究團(tuán)隊(duì)基于兩者之間隨溫度改變的微觀形貌上的巨大差別而導(dǎo)致宏觀熱性能的不同，設(shè)計(jì)了雙層結(jié)構(gòu)LDPE/PP致動(dòng)模塊。仿真分析表明，致動(dòng)模塊在冷卻后各部分的殘余應(yīng)力基本一致，足以使器件在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到初始狀態(tài)�；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高效趨光可行走鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有快速行走能力、出色的機(jī)械強(qiáng)度及穩(wěn)定性，在趨光行走期間還能持續(xù)且高效地輸出電能。隨著進(jìn)一步的發(fā)展，這種復(fù)合能源收集設(shè)備將會(huì)最大限度地利用太陽(yáng)能，并為傳感器、機(jī)器人等小微設(shè)備提供實(shí)時(shí)高效的移動(dòng)能源。

圖（3）趨光可行走鈣鈦礦太陽(yáng)能電池行走過(guò)程的動(dòng)態(tài)分析

圖（4）趨光可行走鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)時(shí)輸出

  相關(guān)論文以“Highly Efficient Walking Perovskite Solar Cells Based on Thermomechanical Polymer Films”為題，發(fā)表在本領(lǐng)域高水平期刊Journal of Materials Chemistry A (DOI: 10.1039/c9ta09336b.)上。東華大學(xué)材料學(xué)院博士生戚佳斌為第一作者，張青紅研究員、王宏志教授為共同通訊作者。該研究成果得到了中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委、東華大學(xué)研究生創(chuàng)新基金等的大力資助。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/TA/C9TA09336B#!divAbstract