全新钙钛矿光伏模块的图案化工艺问世

heku

研究亮点：

1. 开发出一种新型的钙钛矿太阳能光伏模块的图案化工艺。

2. 低温、溶液法制备出总面积为9.06 cm2，效率为14.0％的光伏模块。

与实验室规模的小面积钙钛矿太阳能电池（PSC）的性能相比，实现工业规模的大面积光伏模块必须没有任何显着的性能损失，这对PSC的实际应用来说是一个挑战。用于实现串联连接的高度复杂的图案化工艺（通常使用印刷或激光划线技术）导致模块的效率下降。迫切需要一种更为有效的工艺来提升PSC光伏模块的性能。

有鉴于此，韩国光州科学技术学院的Kwanghee Lee、Hongkyu Kang等人开发出一种电化学图案化工艺的全新技术，并成功制造了高效率、大面积的PSC光伏模块。

该技术利用钙钛矿的固有离子传导特性，促使金属丝纳米电极的构筑，进而保证模块的单片串联互连。通过低温退火和全溶液处理得到的平面型PSC模块，总面积为9.06 cm2效率为14.0％，高几何填充系数（GFF）高达94.1％。

研究人员首先采用低温、溶液法制备出平板型钙钛矿太阳能电池。其中采用双极性PFN界面层不仅可以提高PTAA表面的浸润性增加钙钛矿层的致密性，而且PFN作为PCBM电子传输层（ETL）上的界面偶极层，可以降低PCBM的最低未占分子轨道与Ag的功函数之间的能量势垒，从而促进电极的有效电子收集。

重叠区域（SCR）中银丝纳米电极形成的机理包括：离子再分散，电荷加速，金属氧化，离子迁移和离子还原等五个方面。简单的说，当外界施加正负偏压时，Ag电极会发生氧化还原反应，并通过在钙钛矿薄膜中的迁移、积累和重新分散等过程，最终在重叠区域形成Ag纳米丝电极。

研究人员通过采用EDS、STEM和TOF-SIMS等表征手段，对SCR施加偏压后，顶部电极的Ag原子基本上消失并在钙钛矿层中扩散，聚集形成Ag纳米颗粒。

为了探究SFN形成对模块单片串联的影响，研究人员制作了PSC模块，总面积为1.21 cm2，几何填充因子为91.4％。通过引入PFN界面层来形成高质量的大面积钙钛矿薄膜，获得了无回滞、高效率的模块。为了研究新图案化工艺的可扩展性，进一步将模块的总面积增加到3.02，6.04和9.06 cm2。所有模块效率都超过14％。最大模块效率为14.0％，几何填充因子为94.1％。

总之，本文设计了一种全新的制作平面型和大面积PSC光伏模块的图案化工艺，有效提升了其性能。

参考文献：

Hong S, Lee J, Kang H, et al. High-efficiency large-area perovskite photovoltaic modules achieved via electrochemically assembled metal-filamentary nanoelectrodes[J]. Science Advances, 2018.

DOI: 10.1126/sciadv.aat3604

http://advances.sciencemag.org/content/4/8/eaat3604.abstract