近日，大連化物所太陽能研究部薄膜硅太陽電池研究組(DNL1606組)楊棟研究員和劉生忠研究員團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽能電池規(guī)模化制備方面取得新進(jìn)展，開發(fā)分子膠水界面錨定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效、大面積鈣鈦礦組件涂布印刷制備。
 

 

　　鈣鈦礦太陽能電池憑借高效率、低成本等優(yōu)勢，被視為是下一代光伏技術(shù)的核心。在產(chǎn)業(yè)化中，適合大面積連續(xù)生產(chǎn)的涂布印刷工藝是首選技術(shù)路線。然而，作為電子傳輸層的氧化錫(SnO2)納米顆粒在涂布過程中易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致薄膜不均勻，進(jìn)而引發(fā)鈣鈦礦層結(jié)晶缺陷和界面電荷傳輸障礙，制約了電池性能的提升。
 

　　本工作中，研究團(tuán)隊(duì)將四甲基氯化銨(TMACL)引入SnO2前驅(qū)體膠體溶液中，通過正負(fù)電荷相互作用，“錨定”SnO2顆粒，抑制其團(tuán)聚，提升溶液穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)表明，該技術(shù)使涂布后的薄膜表面粗糙度降低了32%，同時(shí)有效減少針孔缺陷。另外，TMACL分子中的氮原子與鈣鈦礦中的鉛離子形成化學(xué)鍵，如同“膠水”一樣緊密連接電子傳輸層和鈣鈦礦吸光層，使界面缺陷密度降低40%，顯著提升了電荷提取效率。
 

　　基于這一“分子膠水”策略，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦組件從實(shí)驗(yàn)室水平制備到規(guī)模化生產(chǎn)，采用全涂布工藝制備的57.20 cm2大面積鈣鈦礦組件效率達(dá)到22.76%，經(jīng)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證效率為21.60%；未封裝器件在大氣環(huán)境(ISOS-O測試)下運(yùn)行1,500 小時(shí)后，仍保持93.25%的初始效率，高穩(wěn)定性為鈣鈦礦組件的商業(yè)化應(yīng)用提供了支撐。此外，該技術(shù)在柔性鈣鈦礦電池中同樣表現(xiàn)優(yōu)異，57.20 cm2的大面積柔性鈣鈦礦組件效率超過20%，經(jīng)500次彎折后效率保持率達(dá)95.3%，為柔性鈣鈦礦電池在可穿戴設(shè)備、車載發(fā)電等場景應(yīng)用開辟了新路徑。
 

　　相比于依賴高純度溶劑和小面積制備的傳統(tǒng)旋涂工藝，“分子膠水”策略的最大優(yōu)勢在于其與涂布印刷工藝具有深度適配性。該技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)米級薄膜連續(xù)生產(chǎn)，還將材料利用率提升至90%以上，能耗降低50%。TMACL作為工業(yè)級試劑，成本僅為傳統(tǒng)界面修飾材料的1/10，且無需額外復(fù)雜工藝，為鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化提供了便利的高性價(jià)比解決方案。
 

　　該工作以“Interfacial molecular anchor for ambient all-bladed perovskite solar modules”為題，于近日發(fā)表在《焦耳》(Joule)上。該工作的共同第一作者是我所DNL1606組工程師朱學(xué)杰博士、遼寧師范大學(xué)于東麒教授。上述工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)“高效低成本大面積鈣鈦礦光伏電池研究”、大連化物所-沈陽自動(dòng)化所聯(lián)合創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 楊少安、朱學(xué)杰、于東麒)