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(xué)元素。此前它以較低的成本、易被廣泛應(yīng)用而“出圈”，曾被專(zhuān)業(yè)人士認(rèn)定是太陽(yáng)能電池領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧稀?/p>

19 世紀(jì)初，鈣鈦礦第一次被報(bào)道，到 2009 年，它因可以在太陽(yáng)能電池中使用而成為發(fā)電的候選材料而被“重新發(fā)現(xiàn)”。在短短十年的時(shí)間里，鈣鈦礦席卷了光伏（PV）研究領(lǐng)域，并且不斷刷新著效率紀(jì)錄。

最近，德累斯頓工業(yè)大學(xué)應(yīng)用物理研究所（IAP）和德累斯頓電子發(fā)展中心（cfaed）的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種可用任何反溶劑重復(fù)制備高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的通用方法。

3 月 25 日，該團(tuán)隊(duì)以《用任何反溶劑制備高效鈣鈦礦太陽(yáng)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(fā)表在 Nature Communications 雜志上。

在鈣鈦礦光伏技術(shù)研究中，通常是通過(guò)反溶劑調(diào)控鈣鈦礦薄膜進(jìn)行研究。而該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種可以使任何反溶劑，通過(guò)控制反溶劑的施用率來(lái)制備高效鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的通用方法。

據(jù)了解，反溶劑可分為三類(lèi)：有利于短應(yīng)用時(shí)間的反溶劑、不受影響的反溶劑、以及在較長(zhǎng)應(yīng)用時(shí)間下性能最佳的反溶劑。

研究人員為了確定對(duì)調(diào)整反溶劑施用步驟的持續(xù)時(shí)間的影響，通過(guò)研究 14 種不同反溶劑，研究人員制備了近 800 種三陽(yáng)離子鈣鈦礦型 PV 器件。通過(guò)分析鈣鈦礦層的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、組成和微觀結(jié)構(gòu)表征，演示了太陽(yáng)能電池中的任何反溶劑實(shí)現(xiàn)高性能三陽(yáng)離子的通用方法，確定了不同類(lèi)別的反溶劑對(duì)鈣鈦礦膜形成的影響。

該研究團(tuán)隊(duì)表示，影響鈣鈦礦層質(zhì)量由兩個(gè)關(guān)鍵因素決定。通過(guò)將有機(jī)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(qū)體溶液結(jié)合在一起，可以在反溶劑施加步驟中產(chǎn)生速率依賴(lài)性的行為。

研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)更改反溶劑應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間，可將某些反溶劑的設(shè)備性能從無(wú)功能的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）提高到 21％ 以上。

圖丨鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的沉積過(guò)程和結(jié)構(gòu)（來(lái)源：Nature Communications）

該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，“在鈣鈦礦膜形成的過(guò)程中會(huì)對(duì)光伏器件的再現(xiàn)性產(chǎn)生影響。當(dāng)從溶液中沉積鈣鈦礦層時(shí)，將反溶劑滴到鈣鈦礦溶液上以觸發(fā)其結(jié)晶?！?/p>

“我們發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦暴露于抗溶劑的持續(xù)時(shí)間對(duì)最終設(shè)備的性能產(chǎn)生了巨大的影響，該變量直到現(xiàn)在還沒(méi)有引起人們的注意。”該研究團(tuán)隊(duì)研究助理、論文第一作者 Alexander D.Taylor 博士說(shuō)，“這與以下原因有關(guān)：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(guān)。此外，反溶劑與鈣鈦礦溶液溶劑的混溶性會(huì)影響其觸發(fā)結(jié)晶的功效。”

圖丨鈣鈦礦 PV 性能與抗溶劑類(lèi)型和施用率的關(guān)系（來(lái)源：Nature Communications）

該研究團(tuán)隊(duì)制造其 PV 器件時(shí)發(fā)現(xiàn)，這種反溶劑步驟的差異可能導(dǎo)致所觀察到的性能上的不可再現(xiàn)性。研究人員對(duì)各種潛在的反溶劑進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明通過(guò)控制這些現(xiàn)象，可以從所有測(cè)試的候選對(duì)象中獲得最尖端的性能。

“通過(guò)確定影響鈣鈦礦活性層質(zhì)量的關(guān)鍵抗溶劑特性，我們還能夠預(yù)測(cè)新型反溶劑的最佳工藝，從而消除了本領(lǐng)域常見(jiàn)的反復(fù)試驗(yàn)優(yōu)化的需要?！眮?lái)自德累斯頓電子發(fā)展中心的 Fabian Paulus 博士補(bǔ)充說(shuō)道。

“我們研究的另一個(gè)重要方面是，證明了反溶劑的最佳應(yīng)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(shí)?！鳖I(lǐng)導(dǎo)該研究工作的 Vaynzof 教授表示，“我們的研究結(jié)果為鈣鈦礦研究界提供了寶貴的見(jiàn)解，這也許會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)商業(yè)化的發(fā)展?！?/p>

原文標(biāo)題：德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的高效可復(fù)制方法

文章出處：【微信公眾號(hào)：DeepTech深科技】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq