Adv. Mater.：清华陈谊课题组取得钙钛矿太阳能电池新纪录

来源：清华大学 2023-02-01

导读：近日，清华大学电机系易陈谊课题组通过真空蒸发铅盐和有机铵盐溶液处理相结合（简称“ES”）的方法，实现了高度可重复的高效率钙钛矿太阳能电池的制备，并在大面积（1cm2）器件上取得了光电转换效率为24%的世界最高纪录。

钙钛矿太阳能电池具有光电性能优异、成本低廉、加工简单等优点，是一种具有广阔的应用前景的光伏技术。目前高效率的钙钛矿太阳能电池大多是由溶液旋涂法（简称“SS”）制备的，然而钙钛矿前驱体溶液化学性质复杂，实验室常用的溶液旋涂法在可重复性和大面积制备方面都难以满足规模化生产的要求。真空蒸镀技术可以大面积均匀制备薄膜，但有机卤化铵的高蒸气压使得蒸镀沉积钙钛矿的过程难以控制。

1cm2大面积钙钛矿太阳能电池认证效率纪录进展、真空蒸发&溶液（ES）组合工艺制备薄膜和全溶液法（SS）制备的薄膜表征

在本研究中，作者结合真空蒸发法和溶液法的优势，先使用真空蒸镀沉积制备大面积均匀的碘化铅模板，再使用卤化铵溶液和碘化铅反应转化，可以实现高度可重复地制备大面积均匀的钙钛矿薄膜。一方面，和溶液法制备碘化铅基底相比，真空蒸镀制备碘化铅避免了环境对沉积过程的影响，可以重复地制备高质量大面积碘化铅模板；另一方面，使用溶液的方式沉积铵盐，避免了真空蒸镀方法中铵盐高蒸气压导致的难控制性。因此，这种钙钛矿制备过程具有非常良好的可控性和重复性。进一步的薄膜表征和原位测试表明，和溶液法对比，真空蒸发&溶液组合方法表现出更优的结晶反应机理，该方法制备的碘化铅和钙钛矿薄膜均表现出更好的形貌结构和结晶质量。特别是在大面积尺度上，真空蒸发&溶液组合的方法可大幅减少钙钛矿薄膜的孔洞和缺陷，有利于大面积器件的制备。

通过该方法制备的钙钛矿太阳能电池表现出优异的光电性能和良好的可拓展性，在小面积(0.10cm²)上的功率转换效率为24.3%（认证效率23.9%），在大面积（1cm²）上为24.0%（认证效率23.7%），实现了大面积（1cm²）钙钛矿电池的效率新纪录。在此基础上，作者还制备了小钙钛矿模组，实现了16cm²全面积20%的效率。同时，器件在一个太阳光下运行1000小时后保持其初始效率的90%，表现出良好的稳定性。

原位GIWAXS测试表征不同工艺制备钙钛矿薄膜反应机理

不同工艺制备的钙钛矿薄膜和器件的光电性能表征

该方法可以制备大面积高效率钙钛矿太阳能电池，并且具备优异的可重复性，为钙钛矿太阳能电池的大规模应用提供了一条有前景的途径。该成果以“真空蒸发和溶液法结合实现高度可重复的大面积高效率钙钛矿太阳能电池”（Combined vacuum evaporation and solution process for high efficiency large-area perovskite solar cells with exceptional reproducibility）为题发表在国际学术期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。论文的通讯作者为易陈谊，共同第一作者为2019级博士生谭理国、2018级博士生周俊杰、博士后赵兴，合作者包括国家纳米科学中心丁黎明研究员，瑞士苏黎世应用科技大学沃尔夫冈·特雷斯（Wolfgang Tress）博士和瑞士洛桑联邦理工大学迈克尔·格兰泽尔（Michael Graetzel）教授。工作得到了国家自然科学基金、清华大学自主科研项目、电力系统国家重点实验室自主科研等项目的支持，得到了聚束科技、北京同步辐射1W1A漫散射线站、深圳市立特为智能有限公司的帮助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202205027

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