可穿戴電子是未來(lái)電子元器件研究發(fā)展的重要方向，其中電源是核心的組成部分。電源的獲取方式和效率影響著未來(lái)可穿戴電子的設(shè)計(jì)與功能。目前，可穿戴電子設(shè)備的電源主要為鋰離子電池，其固有特性一定程度上限制了可穿戴電子的戶外使用性、安全性和人體皮膚貼合性。

近年來(lái)，金屬有機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以其優(yōu)越的光電轉(zhuǎn)換性能受到廣泛關(guān)注，為其作為電源應(yīng)用于可穿戴電子設(shè)備提供了可能。然而到目前為止，柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池尚未能實(shí)際應(yīng)用于可穿戴電子設(shè)備中。其重要原因之一是鈣鈦礦材料本身的易脆性，導(dǎo)致大面積電池效率重現(xiàn)性差和無(wú)法適合復(fù)雜的人體動(dòng)作。

在科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的大力支持下，中科院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員宋延林課題組科研人員近年來(lái)在印刷制備鈣鈦礦晶體及電池器件方面開展了研究。他們?cè)谟∷⒅苽溻}鈦礦材料方面取得進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了相比傳統(tǒng)工藝更環(huán)保的噴墨打印制備（J. Mater. Chem. A 2015, 3, 9092-9097）；通過(guò)控制打印過(guò)程實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦單晶材料的可控生長(zhǎng)（Sci. Adv., 2018, 4, eaat2390；Small, 2017, 13, 1603217）?；陔姵仄骷D案化設(shè)計(jì)也取得系列進(jìn)展（Adv. Mater. 2018, 30, 1804454；Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1702960.；Nano Energy, 2018, 46: 203-211；Nano Energy, 2018, 51: 556-562），并通過(guò)納米組裝-印刷方式制備蜂巢狀納米支架作為力學(xué)緩沖層和光學(xué)諧振腔，從而顯著提高了柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和力學(xué)穩(wěn)定性（Adv. Mater. 2017, 29, 1703236）。

在上述研究的基礎(chǔ)上，他們受自然界中珍珠質(zhì)結(jié)晶機(jī)理及結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，引入兩親性彈性結(jié)晶基質(zhì)到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中，以解決鈣鈦礦晶體薄膜的脆性問(wèn)題。研究表明，通過(guò)調(diào)控?fù)诫s量可實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦晶體的垂直并聯(lián)結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)，消除了橫向晶界對(duì)于器件效率的影響。同時(shí)，該結(jié)晶方式形成的彈性“磚泥”結(jié)構(gòu)在力學(xué)穩(wěn)定性上實(shí)現(xiàn)突破，首次實(shí)現(xiàn)平面薄膜的可拉伸功能。通過(guò)這種仿生結(jié)晶和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所制備1cm2的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率突破15%。56cm2大面積電池組件第三方認(rèn)證效率高達(dá)7.9%。該太陽(yáng)能電池組件具有光電轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定、可穿戴貼合性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，有望應(yīng)用于可穿戴電子器件。該研究成果發(fā)表在近期出版的《能源和環(huán)境科學(xué)》上（Energy Environ. Sci., 2018, DOI: 10.1039/C8EE01799A）。