鈣鈦礦可謂是一種“寶藏”材料，其含有豐富的碳、氫、氮、碘、鉛等化學元素。此前它以較低的成本、易被廣泛應用而“出圈”，曾被專業人士認定是太陽能電池領域最具發展潛力的材料。

19 世紀初，鈣鈦礦第一次被報道，到 2009 年，它因可以在太陽能電池中使用而成為發電的候選材料而被“重新發現”。在短短十年的時間里，鈣鈦礦席卷了光伏（PV）研究領域，并且不斷刷新著效率紀錄。

最近，德累斯頓工業大學應用物理研究所（IAP）和德累斯頓電子發展中心（cfaed）的研究團隊開發了一種可用任何反溶劑重復制備高效鈣鈦礦太陽能電池的通用方法。

3 月 25 日，該團隊以《用任何反溶劑制備高效鈣鈦礦太陽能電池的通用方法》（“A general approach to high-efficiency perovskite solar cells by any antisolvent”）為題，將研究論文發表在 Nature Communications 雜志上。

在鈣鈦礦光伏技術研究中，通常是通過反溶劑調控鈣鈦礦薄膜進行研究。而該團隊發現了一種可以使任何反溶劑，通過控制反溶劑的施用率來制備高效鈣鈦礦型太陽能電池的通用方法。

據了解，反溶劑可分為三類：有利于短應用時間的反溶劑、不受影響的反溶劑、以及在較長應用時間下性能最佳的反溶劑。

研究人員為了確定對調整反溶劑施用步驟的持續時間的影響，通過研究 14 種不同反溶劑，研究人員制備了近 800 種三陽離子鈣鈦礦型 PV 器件。通過分析鈣鈦礦層的詳細結構、組成和微觀結構表征，演示了太陽能電池中的任何反溶劑實現高性能三陽離子的通用方法，確定了不同類別的反溶劑對鈣鈦礦膜形成的影響。

該研究團隊表示，影響鈣鈦礦層質量由兩個關鍵因素決定。通過將有機前體在反溶劑中的溶解度、及其與主體溶劑的混溶性鈣鈦礦前驅體溶液結合在一起，可以在反溶劑施加步驟中產生速率依賴性的行為。

研究人員發現，通過更改反溶劑應用的持續時間，可將某些反溶劑的設備性能從無功能的功率轉換效率（PCE）提高到 21％ 以上。

圖丨鈣鈦礦太陽能電池的沉積過程和結構（來源：Nature Communications）

該研究團隊認為，“在鈣鈦礦膜形成的過程中會對光伏器件的再現性產生影響。當從溶液中沉積鈣鈦礦層時，將反溶劑滴到鈣鈦礦溶液上以觸發其結晶。”

“我們發現鈣鈦礦暴露于抗溶劑的持續時間對最終設備的性能產生了巨大的影響，該變量直到現在還沒有引起人們的注意。”該研究團隊研究助理、論文第一作者 Alexander D.Taylor 博士說，“這與以下原因有關：這與某些反溶劑至少可以部分溶解鈣鈦礦層的前體，從而改變其最終組成有關。此外，反溶劑與鈣鈦礦溶液溶劑的混溶性會影響其觸發結晶的功效。”

圖丨鈣鈦礦 PV 性能與抗溶劑類型和施用率的關系（來源：Nature Communications）

該研究團隊制造其 PV 器件時發現，這種反溶劑步驟的差異可能導致所觀察到的性能上的不可再現性。研究人員對各種潛在的反溶劑進行測試，結果表明通過控制這些現象，可以從所有測試的候選對象中獲得最尖端的性能。

“通過確定影響鈣鈦礦活性層質量的關鍵抗溶劑特性，我們還能夠預測新型反溶劑的最佳工藝，從而消除了本領域常見的反復試驗優化的需要。”來自德累斯頓電子發展中心的 Fabian Paulus 博士補充說道。

“我們研究的另一個重要方面是，證明了反溶劑的最佳應用如何能顯著拓寬鈣鈦礦光伏器件的可加工性范圍這一事實。”領導該研究工作的 Vaynzof 教授表示，“我們的研究結果為鈣鈦礦研究界提供了寶貴的見解，這也許會進一步推動商業化的發展。”

原文標題：德國科學家發現制備鈣鈦礦太陽能電池的高效可復制方法

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責任編輯：haq