【儀表網 研發快訊】近年來，鈣鈦礦太陽能電池由于鹵化物鈣鈦礦的出色光伏性能(如高光吸收系數和長電荷載流子擴散長度何出色的缺陷容忍度)，以及便捷的溶液制造工藝，引起了研究者的廣泛關注。迄今為止，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率已提高到26.1%的記錄效率。兩步沉積法是制備鈣鈦礦薄膜的主要工藝之一，可在不使用有毒抗溶劑的情況下實現更好的器件穩定性和更好的可重復性。盡管如此，兩步沉積中的異質成核過程會導致鈣鈦礦薄膜產生組分的不均勻分布從而損害薄膜的結晶質量，導致大量缺陷形成，這些缺陷一方面在作為有害的復合中心降低器件效率，另一方面在器件運行期間誘導離子遷移和相分離，影響器件運行穩定性。而在濕度環境中退火可改善兩步法制備鈣鈦礦薄膜的均勻性，但鈣鈦礦薄膜對濕度的敏感性造成退火濕度窗口較窄，從而提高了環境控制成本降低了制備的重復性，因此急需一種具有高重復性的可控的水處理工藝。
針對以上問題，中國科學院上海高等研究院(以下簡稱“上海高研院”)上海光源科學中心的蘇圳煌、高興宇等與南京工業大學陳永華團隊合作，在Advanced Functional Materials上發表題為“Controlling Water for Enhanced Homogeneities in Perovskite Solar Cells with Remarkable Reproducibility”的研究文章(Adv. Funct. Mater. 2024, 2403690)。該文章揭示了鈣鈦礦兩步沉積法中水分的重要作用，并開發了一種簡單行之有效的新方法，即在退火前在兩步沉積的鈣鈦礦中間相薄膜上旋涂含有微量水的乙酸乙酯(W-EA)溶液，在沒有額外成分調節的情況下，改善了薄膜的結晶度和均勻性。原位GIWAXS實驗強調了W-EA處理加速濕膜中插層反應結晶動力學，促進高質量的鈣鈦礦薄膜形成。基于該方法所制備電池的最佳功率轉換效率為25.01%，并表現出增強的抗濕性，在環境條件下1000小時后保持了88%的效率。尤其是W-EA處理簡化了制造過程，極大減少了對環境濕度控制的依賴，對生產高性能鈣鈦礦太陽能電池具有重要意義。
圖1：變角度GIWAXS對鈣鈦礦薄膜中的面外結晶表征
論文的第一作者為上海高研院與上海應物所的聯合培養博士生王晨越，共同第一作者為上海高研院博士生何丙辰和西北工業大學博生生惠煒，通訊作者為蘇圳煌與高興宇以及陳永華，論文第一單位為上海高研院。該工作得到了上海高研院的孫波、文聞、王思勝，侯晨，鄭官豪杰以及西北工業大學宋霖和上?？萍即髮W寧志軍等人的支持和幫助。該項目得到自然科學基金項目和中國科學院上海分院上?；A研究試點項目的資助。該工作還得到上海光源BL14B1和BL03HB以及用戶輔助管理系統的提供的支持和幫助。
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