中國粉體網(wǎng)訊 近日，清華大學電機系易陳誼課題組報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，通過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錄，相關(guān)成果發(fā)表在國際學術(shù)期刊《科學·進展》（Science Advances）上。
有機-無機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，受到學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的重視�，F(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溶劑的使用，且可以實現(xiàn)大面積均勻沉積薄膜，被學界認為是一種可以規(guī)�；a(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。
真空蒸鍍鈣鈦礦電池效率進展圖、蒸鍍工藝示意圖和前驅(qū)體形貌表征圖
原位GIWAXS測試表征鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過程
鑒于此，電機系易陳誼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。XRD、SEM和GIWAXS測試表明，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）晶格中的擴散速度、促進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。此外，基于氯代合金介導(dǎo)的真空蒸鍍工藝制備的鈣鈦礦太陽能電池具有更低的缺陷密度和更低的非輻射復(fù)合損失。
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標準光照下取得了最高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錄，在1cm2和14.4 cm2的大面積器件上分別實現(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，在干燥空氣中存儲超過4000小時后無衰減，在濕度為35%的環(huán)境空氣中儲存1300小時后仍然保持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。
真空蒸鍍鈣鈦礦電池器件性能和穩(wěn)定性表征
上述成果以“真空順序蒸鍍法制備超過24%光電轉(zhuǎn)化效率的鈣鈦礦太陽能電池” （Sequential vacuum-evaporated perovskite solar cells with more than 24% efficiency）為題發(fā)表在學術(shù)期刊 《科學·進展》（Science Advances）上。論文第一作者為電機系2020級博士生李航，通訊作者為易陳誼副教授，合作者包括瑞士蘇黎世應(yīng)用科技大學Wolfgang Tress博士等。該工作得到了國家自然科學基金、電力系統(tǒng)國家重點實驗室自主科研項目、國家電網(wǎng)國能生物科研項目基金的支持。
易陳誼，現(xiàn)為清華大學電機系副教授，博士生導(dǎo)師。2010年在瑞士伯爾尼大學獲得博士學位，獲得國家優(yōu)秀自費留學生獎學金。此后加入瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學光子與界面實驗室，師從染料敏化太陽能電池之父Michael Graetzel教授開展染料敏化太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池研究工作，取得了一系列具有國際影響力的研究成果。在Science, Advanced Materials, Energy & Environmental Science等高水平科學期刊發(fā)表學術(shù)論文50余篇，被引用超過10000次。
主要研究方向：可再生能源，鈣鈦礦太陽能電池，染料敏化太陽能電池，太陽能轉(zhuǎn)化與存儲一體化技術(shù)與器件
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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