Science：真空閃蒸溶液處理法制得大面積鈣鈦礦太陽能電池 最高效率達20.5%

【引語】北京時間6月9日，Science官網在線發表了一篇關于高效率大面積的鈣鈦礦太陽能電池的文章，題為“A vacuum flash–assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells”。論文通訊作者為瑞士洛桑聯邦理工學院的Michael Gr?tzel。

此次研究的最大亮點在于：該研究小組通過真空閃蒸溶液處理法制備了一個面積超過1cm²鈣鈦礦太陽能電池，其顯示的最高效率為20.5%，認證效率為19.6%。這一數值遠超目前同等大小的鈣鈦礦太陽能電池15.6%的認證效率記錄。可以說，這種新方法的成功實現為實際部署高效率大面積的鈣鈦礦太陽能電池鋪平了道路。

成果簡介：

目前，金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）由于其較高的光電轉換效率（PCE）和較低的制造成本，吸引著廣大研究者的興趣。但由于其不能在大型設備上發揮高性能，實際發展受到著巨大的阻礙。瑞士洛桑聯邦理工學院的Michael Gr?tzel研究小組提出了一種簡單的真空閃蒸輔助溶液處理法，以獲得能大面積運用且具有高電子質量的光澤、光滑、結晶性好的鈣鈦礦薄膜。該方法使得制造一個面積超過1cm²且高效率的太陽能電池成為可能。同時研究人員證明了該方法的可重復性極佳，且電池J-V曲線中幾乎不表現出滯后性。

圖文導讀：

圖1：鈣鈦礦薄膜的沉積及器件結構介紹

(A)通過真空閃蒸輔助溶液處理（VASP）鈣鈦礦薄膜形成過程中的成核/結晶過程示意圖。
(B)鈣鈦礦太陽能電池的結構示意圖，其中一個光滑致密的鈣鈦礦包覆層完全覆蓋了由鈣鈦礦浸潤后的介孔TiO2層（mp-tio2）。FTO為氟摻雜氧化錫；bl-TiO2為二氧化鈦致密層。
(C)由VASP方法制備的一個完整太陽能電池橫截面的高分辨率SEM圖像。

圖2：顯微鏡圖像

(A)分別為由傳統工藝（CP）和真空閃蒸輔助溶液處理法（VASP）制備的鈣鈦礦薄膜表面的SEM圖像。
(B)分別為由傳統工藝（CP）和真空閃蒸輔助溶液處理法（VASP）制備的鈣鈦礦薄膜橫截面的SEM圖像。
(C)左圖是由VASP制備的鈣鈦礦薄膜的典型AFM圖像，圖像是從右圖中的9個10×10 um²大小的方形點中選取的。右圖是一平方英寸大小的鈣鈦礦薄膜的光學圖像，用原子力顯微鏡對鈣鈦礦層表面的九個點的位置進行了黃色的標記。

圖3：傳統工藝（CP）與真空閃蒸輔助溶液處理（VASP）制備的鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜、紫外可見光譜以及時間分辨光致發光譜（TRPL）的對比。

以下各圖中傳統工藝（CP）結果用黑線表示，真空閃蒸輔助溶液處理（VASP）結果用紅線表示：

(A)XRD圖譜；
(B)紫外可見光譜；
(C)時間分辨光致發光譜：典型的鈣鈦礦薄膜的TRPL衰減，薄膜上沉積致密的FTO阻擋層和TiO2介孔材料，其中黑線和紅線分別代表了運用傳統工藝（CP）和真空閃蒸輔助溶液處理（VASP）的衰減結果。說明：時間分辨光致發光譜是通過檢測鈣鈦礦薄膜覆蓋層側面（在760 nm處）的激勵得到的結果，圖中綠線表示符合文中方程2的情況。

圖4：電池的光伏特性的分析表征

CP代表傳統工藝，VASP代表真空閃蒸輔助溶液處理

（A）20個由CP和VASP制備組裝的電池組件的光伏指標對比（可以看出VASP相比于CP能更好地提升電池組件的性能與穩定性）
（B）電流-電壓（JV）曲線：分別是用由CP（黑色）和VASP（紅色）方法制得的性能最佳的電池組件所測得的曲線，測量照度為標準AM 1.5G。
（C）實線: 分別是用由CP（黑色）和VASP（紅色）方法制得的電池所測得的IPCE曲線。該測量結果是在一個對應于5%太陽光強度的白光偏置下，運用切碎的單色光得到的。虛線代表短路電流：在照度為標準AM 1.5G下，對IPCE光譜進行重積分得到的。
（D）電流-電壓（JV）曲線：測試對象為由VASP方法制得的性能最佳的電池組件，掃描方向為反向（從Vov 到 Jsc）和正向（從Jsc 到Vov），圖中的光伏指標數據來源于兩條電流-電壓（JV）曲線以及它們的平均光電轉換效率（PCE）。
（E）圖中是由VASP方法制得的FA0.81MA0.15PbI2.51Br0.45基鈣鈦礦太陽能電池，其有效面積為1.2×1.2 cm2，在其中選取孔徑面積為0.16 cm2且具有代表性的5個點，在照度為標準AM 1.5G下測試的光伏參數。所有的電流-電壓（JV）曲線的反向掃面速率均為50 mV s?1。

文獻鏈接：

A vacuum flash–assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells