【康沃真空網(wǎng)】有機(jī)——無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池具有光電轉(zhuǎn)化效率高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的重視。現(xiàn)階段高效率鈣鈦礦電池多數(shù)是通過溶液旋涂法制備，這種方法不利于制備大面積鈣鈦礦器件，存在有機(jī)溶劑污染環(huán)境的問題，且難以和工業(yè)化生產(chǎn)兼容。
相比之下，真空蒸鍍工藝有效避免了有機(jī)溶劑的使用，且可以實(shí)現(xiàn)大面積均勻沉積薄膜，被學(xué)界認(rèn)為是一種可以規(guī)模化生產(chǎn)鈣鈦礦太陽能電池的工藝。然而，迄今為止，通過真空蒸鍍工藝制備的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率仍顯著落后于溶液旋涂法。
近日，清華大學(xué)電機(jī)系易陳誼課題組報(bào)道了一種基于真空蒸鍍制備高效率大面 積鈣鈦礦太陽能電池的新工藝。該工藝制備的電池打破了真空蒸鍍法鈣鈦礦太陽能電池效率的世界紀(jì)錄，相關(guān)成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）上（Sci. Adv.8, eabo7422 (2022) ）。
該課題組提出了一種氯元素合金化的真空蒸鍍工藝，用于制備高效率大面積鈣鈦礦太陽能電池。通過該方法制備的太陽能電池表現(xiàn)出了優(yōu)異的光電性能，在AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)光照下取得了最高24.42%的光電轉(zhuǎn)換效率，刷新了真空蒸鍍法制備鈣鈦礦太陽能電池的效率紀(jì)錄，在1cm2和14.4cm2的大面積器件上分別實(shí)現(xiàn)了23.44%和19.87%的光電轉(zhuǎn)化效率。此外，真空蒸鍍法制備的太陽能電池表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，在干燥空氣中存儲(chǔ)超過4000小時(shí)后無衰減，在濕度為35%的環(huán)境空氣中儲(chǔ)存1300小時(shí)后仍然保持97%的初始效率。該研究結(jié)果展示了真空蒸鍍工藝在制備大面積高效率鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)越性和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的可行性。
研究人員依托北京同步輻射裝置1W1A-漫散射實(shí)驗(yàn)站使用掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）、掠入射X射線衍射（GIXRD）對鈣鈦礦電池的結(jié)晶過程進(jìn)行了原位表征。GIWAXS測試結(jié)果表明：在前驅(qū)體薄膜中引入氯元素可以形成多元合金（Cs0.05PbI2.05-xClx），使前驅(qū)體薄膜具有垂直于基底生長的擇優(yōu)取向和更強(qiáng)的結(jié)晶性。原位GIWAXS和原位GIXRD測試表明，氯元素的摻雜可以顯著加速FAI分子在碘化鉛（PbI2）晶格中的擴(kuò)散速度、促進(jìn)δ相甲脒鉛碘（δ-FAPbI3）轉(zhuǎn)變?yōu)棣料啵é?FAPbI3），以及顯著提升FAPbI3的結(jié)晶性。
圖1 真空蒸鍍鈣鈦礦電池器件性能和穩(wěn)定性表征
圖2 原位GIWAXS測試表征鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過程
