光学退火辅助钢笔书写制备钙钛矿太阳能电池查看源代码讨论查看历史

来自 搜狐网 的图片

光学退火辅助钢笔书写制备钙钛矿太阳能电池电流退火，太阳能电池，钙钛矿。

应用领域

光伏发电领域。

成果简介

钙钛矿太阳能电池具有高效、低成本的优点，在近年来得到了迅速的发展。自2009年首次被报道以来，钙钛矿太阳能电池的功率转换效率从3.8%迅速提高到25.8%，其低廉的成本和方便的制备工艺与商业化生产的需求非常匹配。然而，目前报道的钙钛矿电池的记录大多采用旋涂法，这种制备方法用于在实验室中制备小面积薄膜的时，易获得光滑、均匀、高质量的膜。然而小面积器件难以投入实际使用，旋涂方法又难以应用于商业化大面积的生产。我们借鉴钢笔书写的原理，设计了一种双刀片狭缝涂布“书写”钙钛矿薄膜的方法。可在“钢笔”上附加退火光源，实现涂膜和退火一次性完成，可满足未来商业化大面积的流水线生产的需求。 如图一所示，将滤纸置于双层刀片组成的刮刀内含的狭缝中间，用于连接钙钛矿前驱液储存槽和待涂布的基板。当以一定的速率牵引刮刀时，前驱液即被均匀地涂布在基板上，并在低压辅助处理和退火后，获得均匀、高质量的钙钛矿薄膜。滤纸与双刀片这种类似于钢笔结构的引入一方面可以大大降低所需前驱液的浓度，减少钙钛矿前驱液在制备过程中的浪费，另一方面可以辅助“书写”出更加平整均匀的薄膜，提高薄膜质量。类似于书写过程，通过自由地调整狭缝宽度、刀片牵引速率和前驱体浓度等涂布参数，可以调制制备的薄膜的性质，进一步优化器件性能。

在退火过程中，考虑到传统的热台退火法制备出的钙钛矿太阳能电池存在持续光照性能衰减，且薄膜存在大量缺陷态，可以将光照引入钙钛矿薄膜的结晶过程，用光照退火来制备钙钛矿薄膜。选取紫外光源同时为钙钛矿薄膜的结晶提供热能和活化能，不仅满足了结晶过程所需的热效应，同时也提供了高能光子来激发被捕获的载流子，释放空间电荷，减少薄膜的缺陷，增加其结晶质量。此外，由于此方法为无接触式退火，具有光照辐照面积大且均匀的特点，能够实现工业化生产大面积薄膜的均匀退火要求。

利用双刀片狭缝涂布方法制备大面积钙钛矿，可以制备最佳效率达到19.7%的MAPbI3钙钛矿太阳能电池。该方法中，所用的前驱液浓度（最优条件下为0.4 mol/L）大大低于传统的旋涂法所用的浓度（通常≥1mol/L），且制备时间短（牵引速率为7.5 mm/s），制备过程简便易控制，所得器件效率可以与传统旋涂方法相比拟，适用于未来商业化大面积的流水线生产，此外，将光照退火与热台退火方法相比，发现光退火法得到的薄膜在晶粒内部有更清晰、有序的晶畴，结晶更为致密取向性更好。退火10 min后，MAPbI3器件的平均效率从17.25%上升到19.52%，且缺陷态密度减少50%、光照稳定性提升2倍以上。

总结

光退火和双刀片狭缝涂布相结合的制备工艺可满足未来商业化大面积的流水线生产的需求，且在普通的刮涂方法的基础上，进一步改善了制备工艺，减少了前驱液损失，提高了薄膜质量和稳定性，是一种适用于大规模生产的高效率太阳能电池的先进工艺。

经济效益与社会效益

钙钛矿太阳能电池的制备过程极大影响其特性，且更决定其价格，大面积钙钛矿的制备非常重要，钙钛矿电池可用于多种交通工具及室外用品，如无人机，无人船，野外帐篷，屋顶等，也可以用于携带器件，柔性电池的推广及应用将产生巨大经济效益与社会效益。