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利用电子废弃物回收的ITO导电玻璃和钡掺杂的钙钛矿层（Cs2SnCl6中10%Sn被Ba替代）在PET基板上制备了高效柔性太阳能电池，通过SEM、TEM、EDX等分析证实了材料成分分布和晶格优化，在100次机械弯曲后仍保持稳定输出，功率转换效率达4.95%，较未掺杂版本提升显著，同时解决了材料毒性和可扩展性问题。
阿卜杜勒·阿齐兹·谢赫（Abdul Aziz Shaikh）|乔蒂·巴塔查尔吉（Jyoti Bhattacharjee）|普里塔姆·达塔（Preetam Datta）|苏巴希斯·罗伊（Subhasis Roy）
加尔各答大学纳米科学与纳米技术研究中心，化学工程系，92 A.P.C. 路，加尔各答 700009，印度
摘要：
柔性太阳能电池，也称为薄膜太阳能电池，提供了一种可持续且适应性强的方式来捕获太阳能。这些电池通常由轻质、柔性的材料制成，因此可以应用于多种场景。本研究提出了一种新的方法，通过利用从电子废弃物中回收的氧化铟锡（ITO）来提高钙钛矿太阳能电池的环境可持续性。这种材料被涂覆在PET基底上，并与含有10%钡的无铅钙钛矿吸收层结合使用，以替代锡。在Cs2SnCl6中加入钡后，其结构性能和光电特性得到了改善，这一点通过拉曼光谱、光致发光（PL）和紫外-可见光谱得到了验证。利用扫描电子显微镜（SEM）、横截面SEM、透射电子显微镜（TEM）、扫描原子衍射（SAED）和能量色散X射线光谱（EDX）进行的形态学和微观结构研究证实了薄膜均匀性和结晶度的提高。含有钡的Cs2SnCl6柔性电池的转换效率达到了4.95%，优于未掺钡形式的0.79%。机械弯曲测试表明，在100次循环后，电池的柔韧性有所提高，这归因于晶格软化以及接近1的耐受性因子。稳定性测试证实了该设备在30天内的稳定性，消除了关于毒性、可扩展性和可穿戴光伏产品变形性的主要担忧。
引言
日益严重的环境问题以及化石燃料的枯竭促使全球范围内寻找可持续、可再生或绿色的能源[1]。太阳能是一种丰富、清洁且几乎无穷无尽的能源，使其成为最重要的可再生能源之一。此外，其利用不会造成直接的环境污染[2]、[3]、[4]。太阳能电池能够将光能转化为电能[5]。传统的硅基和砷化镓基太阳能光伏技术已被广泛商业化应用[6]、[7]。然而，它们基于硬玻璃的结构、能耗高的制造过程以及材料的脆弱性限制了其在便携式、可穿戴和可变形电子设备中的应用[8]、[9]、[10]。为了克服这些限制，人们正在朝着更便携、更轻便、更环保的太阳能电池方向发展[11]、[12]。特别是有机太阳能电池（SCs）和钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其可调的光电特性、低温加工能力和适合卷对卷生产的特性而备受关注[13]。当前的趋势包括探索无铅双钙钛矿材料以解决毒性问题，以及开发更循环、更可持续的基底和电极材料[14]、[15]、[16]。柔性PSCs在重量、效率和与多种基底的兼容性方面代表了太阳能技术的重大进步。然而，仍存在一些重大挑战，如环境稳定性、机械耐用性和大规模生产问题[17]。最近的研究表明，柔性染料敏化太阳能电池（DSSCs）作为一种低成本、可扩展的替代方案，具有巨大潜力[18]。纳米结构材料被认为是未来光伏电池的关键组成部分，因为它们显著提升了电荷收集和传输效率[19]。由于聚合物薄膜的轻质特性、柔韧性和适合卷对卷沉积的特点，柔性染料敏化太阳能电池正受到广泛关注，使其成为未来可穿戴能量收集设备的理想候选者[20]。本文讨论了溶剂选择和工艺优化作为减少环境足迹的同时保持设备性能的关键因素。这一举措减少了生态影响，并促进了循环经济的发展，将太阳能技术融入了更广泛的可持续性目标中。在本研究中，我们发现通过在薄膜制备过程中引入Cs2(BaxSn1-x)Cl6[x = 0.1]（其中x=0.1]作为钙钛矿成分，可以抑制相分离并钝化缺陷，从而提高设备性能和光照稳定性。研究还表明，通过系统优化和在Cs2SnCl6中加入钡，不仅可以阻止多种相的形成，还能捕获电荷载流子，从而使钙钛矿的转换效率达到4.95%。生产过程中使用了来自电子废弃物的ITO层覆盖的PET基底，体现了对可持续性和环境意识的全面考虑。从消费后电子废弃物中提取的透明电极是朝着资源高效、可持续光伏技术发展的重要一步。
材料与方法
用于PET基柔性太阳能电池的钙钛矿材料的合成首先是通过将1M CsCl粉末溶解在去离子水中制备铯氯化物溶液开始的，然后是在氮气保护下将0.5M锡粉末（Aladdin）溶解在盐酸（Sigma-Aldrich）中制备SnCl2溶液，以防止Sn2+氧化；接着是将0.5M氯化钡（Sigma-Aldrich）溶解在盐酸和去离子水中（比例为1:4）来制备氯化钡溶液。
形态学表征
对Cs2SnCl6和Cs2(BaxSn1-x)Cl6[x = 0.1]钙钛矿的SEM研究表明，其表面平坦，晶粒清晰且结晶度高，表明聚集现象较少且分布均匀。相应的EDX分析证实了Cs、Ba、Sn和Cl元素在钙钛矿材料中的有效掺入，如图2（a, b, c）所示。Cs2SnCl6和Cs2(BaxSn1-x)Cl6[x= 0.1]钙钛矿的XRD图谱也进一步证实了这一点。
光学性质
使用紫外-可见吸收光谱研究了Cs2SnCl6和Cs2(BaxSn1-x)Cl6[x= 0.1]的光学性质。无铅双钙钛矿Cs2SnCl6由于Sn2+引入的缺陷复合体而表现出高效的蓝光发射。测量结果通过Tauc图进行分析，以估算光学带隙能量。对于Cs2(BaxSn1-x)Cl6[x= 0.1]样品，其光学带隙能量约为2.3 eV；而对于Cs2SnCl6钙钛矿，该值...
结论
本研究通过开发基于掺钡Cs2SnCl6作为吸收层的高性能、柔性、无铅钙钛矿太阳能电池，在可持续光伏技术方面取得了显著进展。使用从电子废弃物中回收的ITO电极，并在PET基底上进行低温处理，展示了一种不会影响性能的可持续技术。通过SEM、TEM、HRTEM和SAED等手段进行了广泛的结构表征。
CRediT作者贡献声明
苏巴希斯·罗伊（Subhasis Roy）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目协调、资金争取、概念构思。普里塔姆·达塔（Preetam Datta）：数据可视化、实验研究、数据整理。乔蒂·巴塔查尔吉（Jyoti Bhattacharjee）：初稿撰写、数据可视化、实验研究、正式分析。阿卜杜勒·阿齐兹·谢赫（Abdul Aziz Shaikh）：初稿撰写、验证、方法论设计、实验研究、正式分析、数据整理、概念构思
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：苏巴希斯·罗伊博士表示，本研究得到了印度教育部的财政支持。此外，没有其他已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者（S. Roy）感谢印度政府教育部的“科学转型与高级研究计划（STARS）”（MoE-STARS/STARS-2/2023-0175）的支持，该计划由班加罗尔的印度科学研究所（IISc）负责实施和管理，促进了以印度为中心的转化科学研究。
