近日，杭州電子科技大學(xué)碳中和新能源研究院嚴(yán)文生教授團隊在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得了階段性進(jìn)展。相關(guān)研究成果以杭州電子科技大學(xué)為第一單位，發(fā)表在能源類頂級期刊Journal of Power Sources(影響因子9.8)，題目為Buried solvent assisted perovskite crystallization for efficient and stable inverted solar cells。論文第一作者為嚴(yán)文生教授的師資博士后王宇博士。本項目得到了科技部重點研發(fā)計劃(2022YFB4200904)等基金的大力支持。
立足于低碳引領(lǐng)的光伏技術(shù)，鈣鈦礦太陽能電池已成為新一代光伏電池的新星材料。目前，實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的道路上仍面臨諸多挑戰(zhàn)，因此，如何克服這些挑戰(zhàn)成為當(dāng)下研究的重點。嚴(yán)文生教授團隊基于具有低能耗制備工藝的PIN型鈣鈦礦電池，通過溶劑預(yù)埋策略，實現(xiàn)了進(jìn)一步降低電池制備能耗的目的；同時，通過界面優(yōu)化策略，實現(xiàn)了電池穩(wěn)定性的顯著提升。最終，通過溶劑預(yù)埋策略處理后電池的光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）提升至21.31%。
該團隊以ITO/PTAA/Cs0.2FA0.8Pb(I0.95Br0.05)3/C60/BCP/Ag為基礎(chǔ)，選擇吡啶（Py）作為PTAA的溶劑，通過優(yōu)化退火工藝，探索出低溫（60℃）制備PTAA薄膜的工藝；同時，利用溶劑（Py）高沸點的特性，使得低溫處理后的PTAA薄膜表面仍殘留部分Py，鑒于Py的功能性作用（高親水性及路易斯堿性），最終，成功制備得到溶劑預(yù)埋處理后的高性能鈣鈦礦太陽能電池（如圖1所示）。
圖1 溶劑預(yù)埋策略示意圖
該團隊發(fā)現(xiàn)，通過使用Py作為PTAA的溶劑，可以得到較傳統(tǒng)溶劑更加均勻的PTAA薄膜；同時，由于Py較好的親水特性，在低能耗制備工藝獲得的前提下，良好的改善了PTAA薄膜表面的疏水性，有利于獲得高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。此外，由于溶劑預(yù)埋的作用，使得生長在PTAA吡啶薄膜上的鈣鈦礦薄膜具有更低的應(yīng)力，這有助于電池穩(wěn)定性的提升（如圖2）。最終，在以PEAI為界面修飾層后，將電池的PCE從20.53%提升至21.31%，溶劑預(yù)埋策略處理后的電池在氮氣中老化2000小時后仍具有初始效率的93%，空氣中老化約1000小時后仍具有初始效率的80%。
圖2 (a) PEAI修飾后的電池效率統(tǒng)計圖，不同溶劑處理PTAA薄膜后的PTAA/鈣鈦礦薄膜的GIXRD圖，電池在氮氣(d)及空氣(e)條件下PCE的變化趨勢圖。
