现在，电能现已延伸到人类日子和出产中的方方面面。但是热力发电厂、光伏发电站、水利发电站等电力出产设备根本都远离人迹，悠远的输配电间隔，既增加了本钱也造成了电能输运丢失。修建光伏一体化（）技能将太阳能电池集成到修建物结构中，可以将修建物墙面、房顶、窗户等转化为发电设备，完成电能的就地出产和耗费，可以极大削减电能输运丢失并扩展扩展清洁动力的占比。但传统太阳能电池单调的颜色难以满意修建物的美学规划的根本要求，五颜六色太阳能电池技能的开展成为

  近来，北京航空公航天大学黄建媚团队受孔雀茸毛光子晶体结构色的启示，运用人工反蛋白石光子晶体结构化的钙钛矿薄膜制备出具有艳丽虹彩作用的太阳能电池，一起依据正反双面双向通明电极的规划，完成了虹彩作用的双向展示和双面光吸收才能，显着提高了电池的美学作用和功率输出密度。相关研讨工作以“Inverse Opal Photonic Crystal Structured Bifacial-Iridescent Efficient Perovskite Solar Cells and Modules”为题宣布在《AM》期刊。

  纳米结构引起的可视化颜色广泛存在于大自然傍边，比方孔雀茸毛中存在的周期性纳米结构的光子晶体可以对光发生激烈的干与作用，使其在光照下展示出艳丽的结构颜色。人工制备的蛋白石和反蛋白结构相同具有周期性的纳米结构，可以对光进行可控调制，完成虹彩作用。黄建媚团队成功制备出具有反蛋白石结构的钙钛矿（IO钙钛矿）薄膜，并结合ITO正面通明电极和超薄Au反面通明电极，规划出了可以从正反双面一起吸收光照的双面太阳能电池，以此来完成高功率，一起该电池可以在正反双面展示虹彩作用，大大拓宽了太阳能电池在BIPV、轿车天窗等多功用发电体系中的适用性。

  图1 (a)孔雀茸毛及其微观光子晶体纳米结构；(b) 2D蛋白石及(c)反蛋白石结构示意图；(d) 2D反蛋白石结构钙钛矿薄膜制备流程示意图；(e)双面虹彩太阳能电池及组件实物图；(f)双面虹彩太阳能电池双向光照示意图及其在修建窗户的运用示意图。

  黄建媚团队经过扫描电子显微镜对反蛋白石结构钙钛矿薄膜的描摹进行了具体和深化的表征，依据成果得出成功制备出了具有六边形严密堆叠周期性纳米孔洞结构的蜂窝状反蛋白石钙钛矿薄膜。该薄膜周期晶格标准约为1012 nm，孔洞标准约为840 nm，蜂窝骨架厚度约为170 nm。

  图2 (a, b)聚苯乙烯蛋白石模板、(c, d)反蛋白石钙钛矿薄膜及(e, f)一般平板钙钛矿薄膜扫描电镜图画；(g-m)反蛋白石钙钛矿薄膜元素散布。

  之后研讨团队对IO钙钛矿薄膜的晶体结构、缺点密度及光学功用进行了体系性表征。依据成果得出IO钙钛矿薄膜具有更加好的结晶性、更低的缺点水平缓更好的载流子传输功用。因为IO钙钛矿薄膜截面上资料折射率是缓慢接连改变的，显着削减了功用层界面的菲涅尔反射。更重要的是，IO钙钛矿薄膜在15°-45°不同调查视点下展示出深紫色、亮绿色、土黄色等丰厚的艳丽颜色，而且薄膜正反面具有高度一致的颜色作用。角分辩的反射光谱测验标明IO钙钛矿薄膜在大约500-650nm的波长范围内发生一个显着的反射峰，而且该反射峰与入射光视点高度相关，这阐明晰IO钙钛矿薄膜颜色演化的来历。此外，在大约600-750 nm范围内发生了一个低反射的慢光子区域，这有利IO钙钛矿薄膜对光的吸收和运用。

  图3 (a)平板和IO钙钛矿薄膜XRD表征；(b)玻璃基底和(c)SnO2基底上的光致发光（PL）光谱；(d, e) PL强度mapping；(f)瞬态荧光光谱；(g)折射率散布示意图；(h)聚苯乙烯模板、平板和IO钙钛矿薄膜在不同调查视点下的数码照片及(i)大标准下的虹彩作用实物图；角分辩反射光谱(j)测验设备示意图及(k)不同入射角下的反射光谱。

  随后，黄建媚团队以IO钙钛矿薄膜作为光吸收层，规划制备了正式结构的双面虹彩太阳能电池及组件，而且IO钙钛矿薄膜的优异光学功用及艳丽颜色在电池器材中得到了完好保存。电池器材的正反双面在不同调查视点下展示出高度一致的丰厚颜色，这种颜色在电池组件的大面积标准上得到了更好地表现。

  图4电池器材(a)结构示意图及(b)扫描电镜截面；(c)折射率散布示意图及(d)电池反射光谱；(e)电池正反双面不同调查视点下的数码照片；(f)电池组件正反双面的虹彩作用；(g)电池器材不同调查视点下的颜色坐标散布；(h)电池器材角分辩反射光谱。

  得益于正面和反面双向通明电极的规划，双面虹彩太阳能电池可以从双面进行光吸收，由此获得了18%的双面等效功率，这一功率在当时的多彩（或虹彩）太阳能电池中处于顶配水平。所制备的5电池串联组件完成了12.77%的双面等效功率，标明晰该虹彩太阳能电池大面积制备的可行性。

  图5电池器材(a)功率及(b)短路电流密度计算散布；(c)非通明背电极及通明背电极的IO钙钛矿太阳能电池J-V曲线；(d)双面虹彩太阳能电池光照示意图；双面虹彩太阳能电池正面和反面光照下的(e)J-V曲线及(f)功率计算散布；(g)单色和多彩（或虹彩）太阳能电池功率比照；(h)双面虹彩太阳能电池组件正面和反面光照下的J-V曲线。

  黄建媚团队运用人工反蛋白石光子晶体视点依靠的共同光学功用，制备出了依据物理结构色的虹彩钙钛矿薄膜，并经过双向通明电极的规划，开展出一种具有艳丽颜色的双面虹彩太阳能电池。该电池具有双面美学作用和高光电转化功用，可以很好的满意BIPV等其他多功用发电体系的运用需求，从而大大拓宽太阳能电池的运用场景，提高动力体系中清洁动力的占比。