MYCRO与您分享“老方法”制备“高大上”的钙钛矿太阳能电池

匀胶旋涂仪Spin Coater WS-650Mz/Hz系列

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%。***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***、瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel***和英国牛津大学的Henry Snaith***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***大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***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***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，***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***好。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***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。