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Sci Adv：清華易陳誼團隊取得真空蒸鍍鈣鈦礦太陽能電池效率新紀錄

來源：清華大學新聞中心      2022-07-18
導讀：近日，清華大學電機系易陳誼副教授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。成果以“真空順序蒸鍍法制備超過24%光電轉化效率的鈣鈦礦太陽能電池”（Sequential vacuum-evaporated perovskite solar cells withmore than24% efficiency）為題發表在學術期刊《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用科技大學沃爾夫岡·特雷斯（Wolfgang Tress）博士等。

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池具有光電轉化效率高、成本低廉等優點，受到學術界和產業界的重視。現階段高效率鈣鈦礦電池多數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境的問題，且難以和工業化生產兼容。相比之下，真空蒸鍍工藝有效避免了有機溶劑的使用，且可以實現大面積均勻沉積薄膜，被學界認為是一種可以規模化生產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體形貌表征圖
原位GIWAXS測試表征鈣鈦礦薄膜結晶過程
鑒于此，電機系易陳誼課題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，在前驅體薄膜中引入氯元素可以形成多元合金（Cs0.05PbI2.05-xClx），使前驅體薄膜具有垂直于基底生長的擇優取向和更強的結晶性。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）轉變為α相（α-FAPbI3），以及顯著提升FAPbI3的結晶性。此外，基于氯代合金介導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合損失。
通過該方法制備的太陽能電池表現出了優異的光電性能，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14.4cm2的大面積器件上分別實現了23.44%和19.87%的光電轉化效率。此外，真空蒸鍍法制備的太陽能電池表現出了良好的穩定性，在干燥空氣中存儲超過4000小時后無衰減，在濕度為35%的環境空氣中儲存1300小時后仍然保持97%的初始效率。該研究結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越性和產業化應用的可行性。
真空蒸鍍鈣鈦礦電池器件性能和穩定性表征
近日，上述成果以“真空順序蒸鍍法制備超過24%光電轉化效率的鈣鈦礦太陽能電池”（Sequential vacuum-evaporated perovskite solar cells withmore than24% efficiency）為題發表在學術期刊《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用科技大學沃爾夫岡·特雷斯（Wolfgang Tress）博士等。該工作得到了國家自然科學基金、電力系統國家重點實驗室自主科研項目、國家電網國能生物科研項目基金的支持。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7422
參考資料：https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/96867.htm


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