老方法制备在钙钛矿太阳能电池应用分析
发布时间:2023-07-27来源:烤胶机专业制造商-深圳市邦企创源科技有限公司
钙钛矿太阳能电池工作原理是高速旋转基片,利用离心力使滴在基片上的胶液均匀的涂在基片上,常用于各种溶胶凝胶(Sol-Gel)实验中的薄膜制作,厚度视不同胶液和基片间的粘滞系数而不同,也和旋转速度及时间有关。
《Science》“钙钛矿太阳能电池制备”
研究方向: 可再生能源、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、太阳能光化学转化
金属卤化物钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)以其较高的光电能量转换效率(powerconversion efficiency, PCE)、相对染料敏化电池较低的制造成本、耐久耐候性好等优势,吸引着广大研究者的兴趣,其能量转换效率的记录在近年来也不断被刷新,从3.8%飙升至22.1%。
引领这一技术发展的大牛,小编窃以为当属韩国蔚山国立科学技术研究所(UNIST)的Sang Il Seok教授、瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授和英国牛津大学的Henry Snaith教授等人。
尽管发展势头良好,但还存在不少难题制约钙钛矿太阳能电池的广泛应用,其中Zda的问题之一就是制备性能优异且尺寸较大的太阳能电池器件。目前拥有较高能量转换效率的钙钛矿太阳能电池,尺寸都在1cm2以下,基本在0.04至0.2cm2左右,因此找到更好的方法来制备大尺寸高性能的钙钛矿薄膜至关重要。
近日,洛桑联邦理工学院(EPFL)MichaelGrätzel教授课题组在《Science》上报道了一种简单的真空闪蒸溶液处理法(vacuum-flash solution processing, VASP),成功制备了一块采光面积(aperturearea)超过1cm2的钙钛矿太阳能电池,其高能量转换效率为20.5%,认证效率为19.6%。
这一数值将之前同等大小的钙钛矿太阳能电池的记录15.6%远远甩在了身后,这种GX率大面积的上档次钙钛矿太阳能电池称之为“高大上”,一点也不夸张。(A vacuum flash-assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells. Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf8060)
如上图所示,作者先将钙钛矿的前驱体FA0.81MA0.15PbI2.51Br0.45和DMSO的混合物(1:1混合)通过“旋涂法”涂在介孔TiO2薄膜表面,然后放入真空闪蒸罐中去除溶剂,形成了钙钛矿晶体,随后通过退火处理,获得大面积且具有高电子质量的有光泽、光滑、结晶性好的钙钛矿薄膜。
其中重要的步骤是第二步真空闪蒸。真空闪蒸是一种广泛使用的“老方法”,已经有较成熟的工艺技术。简单地说,物质的沸点随压力增大而升高,压力降低而减小,因此通过调节压力,可以改变物质的沸点,使液相快速汽化,晶体析出。
所以压强的大小决定了晶体析出的快慢,是控制钙钛矿薄膜结晶性好坏的关键因素。作者通过比较,认为20 Pa压强下析出的钙钛矿薄膜性能。同时研究人员证明了该方法的可重复性,且电池J-V曲线中几乎不表现出滞后性。
当然,作者也对比了没有通过真空闪蒸结晶的传统一步溶液沉积法(conventional single-step solution deposition process, CP)。通过下图SEM图像中可以看出,溶液沉积法制备的钙钛矿薄膜平整度较差,同时没有很好的覆盖在介孔TiO2表面。而通过真空闪蒸处理后制备的钙钛矿薄膜,形成了一个400 nm厚、平整且连续的覆盖层,可以更好地阻碍载流子-空穴复合,提高开路电压。
这种“老方法新应用”的成功,为实现GX率大面积的钙钛矿太阳能电池铺平了道路。
大面积钙钛矿太阳能电池原型。