科學家製備出高效率大面積鈣鈦礦太陽組件電池

2020-10-26 中科院之聲

近日，中國科學院大連化學物理研究所薄膜太陽能電池研究組研究員劉生忠、博士王開團隊採用狹縫塗布製備方法，結合高壓氮氣萃取和離子液體鈍化鈣鈦礦界面技術，製備出鈣鈦礦太陽能電池，該電池小面積效率達到22.7%（0.09cm2），大面積組件達到19.6%（7.92cm2）。

狹縫塗布技術以成本低、生產量大、連續性好等優點，成為鈣鈦礦太陽電池領域具有產業化前景的沉積技術之一。但是對於鈣鈦礦薄膜的大面積製備技術，如何控制大面積薄膜均勻性（厚度約500nm）和降低薄膜的缺陷密度仍具挑戰。

研究人員採用狹縫塗布沉積技術，結合高壓氮氣萃取（high pressure nitrogen-extraction）策略，有效調控鈣鈦礦薄膜的形核和晶粒生長，並驅動穩定中間相的形成，從而沉積製備出均勻緻密的鈣鈦礦薄膜。研究發現，狹縫塗布沉積結合高壓氮氣萃取技術，可實現寬窗口大面積印刷鈣鈦礦薄膜，提高器件良率。此外，為有效減少鈣鈦礦表面缺陷，研究採用離子液體對表面進行有效鈍化處理，將小面積太陽電池的效率提高至22.7%，並將該策略擴展到大面積太陽電池製造，在40×40mm2的襯底上製備的鈣鈦礦電池組件的穩態輸出效率達到19.4%。

該研究表明，結合高壓氮氣萃取技術的狹縫塗布印刷是一種高效、寬窗口、低成本、可擴展面積的鈣鈦礦太陽電池製備技術，有利於促進狹縫塗布沉積工藝的發展、推動該技術在大批量卷到卷連續沉積中的應用。相關研究成果發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到中科院戰略重點研究項目、國家自然科學基金、遼寧省博士創業基金、大連化物所創新基金項目、中科院潔淨能源創新研究院、國家重點研究項目、高等學校學科創新引智計劃（「111計劃」）、中科院知識創新工程等的資助。

大連化物所採用狹縫塗布沉積技術製備高效率大面積鈣鈦礦太陽組件電池

來源：中國科學院大連化學物理研究所

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    基於P-i-N反式平面結構、通過優化界面工程，全面解決了鈣鈦礦太陽能電池高效率、遲滯現象、器件穩定性、大面積器件均勻性和一致性等重要問題，首次在國際權威太陽能電池認證機構——「日本產業技術綜合研究所 (AIST) 」認證成功大面積 (>1 cm2)鈣鈦礦太陽能電池國際最高效率 (15%)，首次將大面積鈣鈦礦太陽能電池寫進權威太陽能效率記錄表《Solar cell efficiency tables
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    2017年該團隊製備了具有認證效率的鈣鈦礦太陽能電池模塊(Nature, 2017, 550, 92)。半個月前，該團隊在鈣鈦礦器件穩定性上再下一城，構建穩定異質結結構，為提升器件穩定性提供了全新的思路(Science, 2015, 350, 944)。此次成果結合模塊製備基礎和全新的穩定性理論，通過器件結構設計，製備了高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池模塊。
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  • 科學網—鈣鈦礦電池的十年之變
    從噴墨列印製備器件，到圖案化光子晶體電池設計，再到柔性可穿戴鈣鈦礦電池應用，他所從事的鈣鈦礦電池研究取得了一系列突破性進展。 近日，他帶領的科研團隊通過引入氟離子添加劑，印刷製備了一種新型導電高分子透明電極，並基於此成功製備了柔性鈣鈦礦太陽能電池（0.1cm2）和模組（25cm2），其光電轉換效率突破19%和10%。相關成果發表於《焦耳》。