离子液体助力钙钛矿太阳能电池的可扩展制造

2024-10-26 12:37:16 sh默尼 1

金属卤化物钙钛矿具有低成本、光电性能优异且与柔性制造兼容的优点,是光伏应用的首选材料之一。以此为原料制得的柔性钙钛矿太阳能电池(F-PSCs)具有出色的比功率密度,近年来已实现超24%的能量转换效率(PCE),极具商业价值。然而,将PSCs从实验室规模生产转变至工业生产仍困难重重。环境印刷为高性能PSCs和低成本商业化提供了一条重要途径,但该方式常常面临深层缺陷、成分不均一和薄膜不均匀等问题。造成这些问题的原因则是水分暴露、成核和生长不一致三种因素,可控的结晶动力学对于高质量环境印刷钙钛矿薄膜的重要性得以凸显。


解决这些问题的策略最初集中于复杂化结晶动力学,包括调整溶剂比例并引入特定的添加剂,使得刚性基材上的PCE大于24%。但受制于低温柔性制造过程中难以控制的结晶行为,环境印刷技术难以在F-PSCs及其组件的应用中大展身手。阻碍F-PSCs环境印刷的主要因素为低温加工需求与细致控制薄膜质量二者难以平衡。为实现F-PSCs的环境印刷,常需要比刚性衬底低得多的制造温度,其间涉及的温度转变造就了尚未明晰的结晶特性。另外,低温所引起的溶剂挥发慢的问题将使得水分干扰加重,使得薄膜质量恶化。即便引入气流来减少水分干扰,过快的成核与生长也会影响薄膜质量。此外,柔性衬底和钙钛矿层之间的应力不匹配会导致薄膜中的晶格畸变和成分不均匀,进一步增加了柔性制造过程中结晶控制的复杂性。

为解决上述问题,陕西师范大学刘生忠赵奎联合西安电子科技大学张春福中国科学院光伏与节能材料国家重点实验室潘旭团队,利用1-丁基-3-甲基吡啶硫氰酸盐离子液体(BPySCN),成功实现了高性能F-PSC钙钛矿薄膜的环境印刷,有效解决了环境水分干扰和低温加工时结晶质量差的问题。

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