近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所薄膜太陽(yáng)電池研究組研究員劉生忠團(tuán)隊(duì)與陜西師范大學(xué)馮江山副研究員團(tuán)隊(duì)合作，在大面積鈣鈦礦太陽(yáng)電池研究方面取得新進(jìn)展，采用真空沉積法并結(jié)合低溫退火策略制備了400cm2剛性和300cm2柔性高質(zhì)量甲脒基鈣鈦礦薄膜。此外，該合作團(tuán)隊(duì)成功將此薄膜運(yùn)用到蒸發(fā)甲脒基鈣鈦礦太陽(yáng)電池上，獲得了文獻(xiàn)可查蒸發(fā)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的最高轉(zhuǎn)換效率。
真空沉積示意圖及剛、柔性甲脒基鈣鈦礦薄膜
近年來(lái)，采用溶液法制備鈣鈦礦太陽(yáng)電池取得很大進(jìn)展，小面積鈣鈦礦太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率已達(dá)25.5%。然而，溶液法制備技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)大面積均勻制備、高通量連續(xù)生產(chǎn)，并且溶液法制備技術(shù)會(huì)造成鈣鈦礦電池中存在溶劑殘留，進(jìn)而影響鈣鈦礦太陽(yáng)電池的穩(wěn)定性。
本工作采取真空交替沉積技術(shù)并結(jié)合低真空低溫退火策略，有效調(diào)控鈣鈦礦薄膜的形核和晶粒生長(zhǎng)，在400cm2剛性和300cm2柔性基底上實(shí)現(xiàn)大尺寸、高致密、高質(zhì)量CsxFA1-xPbI3薄膜制備，結(jié)合Spiro-OMeTAD空穴傳輸層制備的鈣鈦礦太陽(yáng)電池，轉(zhuǎn)換效率達(dá)21.32%，是文獻(xiàn)可查的真空法制備鈣鈦礦太陽(yáng)電池的最高轉(zhuǎn)換效率。此外，合作團(tuán)隊(duì)還結(jié)合真空法制備的空穴傳輸層，實(shí)現(xiàn)了全真空法制備鈣鈦礦太陽(yáng)電池，轉(zhuǎn)換效率達(dá)18.89%，未封裝鈣鈦礦太陽(yáng)電池可在空氣環(huán)境下暗態(tài)保存189天，效率提升1%，展示了全真空法制備鈣鈦礦太陽(yáng)電池具有較高的穩(wěn)定性。
該研究表明，全真空法制備技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性鈣鈦礦太陽(yáng)電池的大面積、高通量制備，對(duì)于推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
相關(guān)研究成果以題為“High-Throughput Large-Area Vacuum Deposition for High-Performance Formamidine-based Perovskite Solar Cells”發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy&Environmental Science）上。該工作的第一作者是陜西師范大學(xué)馮江山副研究員和大連化物所DNL1606組焦玉驍助理研究員。上述工作得到中科院A類(lèi)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)“臨近空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”、國(guó)家自然科學(xué)基金、111工程基金、中央高?；鸷椭R(shí)創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。
