刘生忠等实现甲脒基钙钛矿薄膜的高通量、大面积、可柔性制备

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近日，我所薄膜太阳电池研究组（DNL1606）刘生忠研究员团队与陕西师范大学冯江山副研究员团队合作，在大面积钙钛矿太阳电池研究方面取得新进展，采用真空沉积法并结合低温退火策略制备了400cm2刚性和300cm2柔性高质量甲脒基钙钛矿薄膜。此外，该合作团队成功将此薄膜运用到蒸发甲脒基钙钛矿太阳电池上，获得了文献可查蒸发钙钛矿太阳电池的最高转换效率。

　　近年来，采用溶液法制备钙钛矿太阳电池取得很大进展，小面积钙钛矿太阳电池转换效率已达25.5%。然而，溶液法制备技术很难实现大面积均匀制备、高通量连续生产，并且溶液法制备技术会造成钙钛矿电池中存在溶剂残留，进而影响钙钛矿太阳电池的稳定性。
　　本工作采取真空交替沉积技术并结合低真空低温退火策略，有效调控钙钛矿薄膜的形核和晶粒生长，在400cm2刚性和300cm2柔性基底上实现大尺寸、高致密、高质量CsxFA1-xPbI3薄膜制备，结合Spiro-OMeTAD空穴传输层制备的钙钛矿太阳电池，转换效率达21.32%，是文献可查的真空法制备钙钛矿太阳电池的最高转换效率。此外，合作团队还结合真空法制备的空穴传输层，实现了全真空法制备钙钛矿太阳电池，转换效率达18.89%，未封装钙钛矿太阳电池可在空气环境下暗态保存189天，效率提升1%，展示了全真空法制备钙钛矿太阳电池具有较高的稳定性。
　　该研究表明，全真空法制备技术可以实现高效率、高稳定性钙钛矿太阳电池的大面积、高通量制备，对于推动钙钛矿太阳电池的产业化具有重要意义。
　　相关研究成果以题为“High-Throughput Large-Area Vacuum Deposition for High-Performance Formamidine-based Perovskite Solar Cells”发表在《能源与环境科学》（Energy&Environmental Science）上。该工作的第一作者是陕西师范大学冯江山副研究员和我所DNL1606组焦玉骁助理研究员。上述工作得到中科院A类先导专项“临近空间科学实验系统”、国家自然科学基金、111工程基金、中央高校基金和知识创新工程等项目的资助。（文/图 王辉）
　　文章链接：https://doi.org/10.1039/D1EE00634G


       文章来源：大连化物所
       刘生忠，中国科学院大连化学物理研究所研究员。刘生忠教授1992年在美国西北大学获博士学位。先后在美国阿贡国家实验室、英国BP Solar公司、美国United Solar公司等从事研究工作。现全职回国工作，任大连化学物理研究所研究员和陕西师范大学教授。研究领域包括纳米材料、薄膜材料、太阳能光伏材料、电光薄膜的电化学沉积和光伏技术的开发、放大和生产。多项研究成果发表在《Science》、《Nature》和《Angew. Chem.》等刊物上，现已经申请专利的、在美国专利局网站可查到的发明文献有六十余项。刘教授的研究技术多项指标处于世界领先水平，其中“透明太阳能薄膜电池”被称为是“世界最佳发明奖”（R&D 100奖）。