| 金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（perovskite solar cells, PSCs）以其較高的光電能量轉(zhuǎn)換效率（power conversion efficiency, PCE）、相對(duì)染料敏化電池較低的制造成本、耐久耐候性好等優(yōu)勢(shì)，吸引著廣大研究者的興趣，其能量轉(zhuǎn)換效率的記錄在近年來(lái)也不斷被刷新，從3.8%飆升至22.1%。引領(lǐng)這一技術(shù)發(fā)展的大牛，小編竊以為當(dāng)屬韓國(guó)蔚山國(guó)立科學(xué)技術(shù)研究所（UNIST）的Sang Il Seok教授、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Michael Gr?tzel教授和英國(guó)牛津大學(xué)的Henry Snaith教授等人。盡管發(fā)展勢(shì)頭良好，但還存在不少難題制約鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的廣泛應(yīng)用，其中Zda的問題之一就是制備性能優(yōu)異且尺寸較大的太陽(yáng)能電池器件。目前擁有較高能量轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，尺寸都在1cm2以下，基本在0.04至0.2cm2左右，因此找到更好的方法來(lái)制備大尺寸高性能的鈣鈦礦薄膜至關(guān)重要。
近日，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）Michael Gr?tzel教授課題組在《Science》上報(bào)道了一種簡(jiǎn)單的真空閃蒸溶液處理法（vacuum-flash solution processing, VASP），成功制備了一塊采光面積（aperture area）超過1 cm2的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其Z高能量轉(zhuǎn)換效率為20.5%，認(rèn)證效率為19.6%。這一數(shù)值將之前同等大小的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的記錄15.6%遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了身后，這種GX率大面積的上檔次鈣鈦礦太陽(yáng)能電池稱之為“高大上”，一點(diǎn)也不夸張。（A vacuum flash-assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells. Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf8060）  如上圖所示，作者先將鈣鈦礦的前驅(qū)體FA0.81MA0.15PbI2.51Br0.45和DMSO的混合物（1:1混合）通過“旋涂法”涂在介孔TiO2薄膜表面，然后放入真空閃蒸罐中去除溶劑，形成了鈣鈦礦晶體，Z后通過退火處理，獲得大面積且具有高電子質(zhì)量的有光澤、光滑、結(jié)晶性好的鈣鈦礦薄膜。其中Z重要的步驟是第二步真空閃蒸。真空閃蒸是一種廣泛使用的“老方法”，已經(jīng)有較成熟的工藝技術(shù)。簡(jiǎn)單地說，物質(zhì)的沸點(diǎn)隨壓力增大而升高，壓力降低而減小，因此通過調(diào)節(jié)壓力，可以改變物質(zhì)的沸點(diǎn)，使液相快速汽化，晶體析出。所以壓強(qiáng)的大小決定了晶體析出的快慢，是控制鈣鈦礦薄膜結(jié)晶性好壞的關(guān)鍵因素。作者通過比較，認(rèn)為20Pa壓強(qiáng)下析出的鈣鈦礦薄膜性能**。同時(shí)研究人員證明了該方法的可重復(fù)性，且電池J-V曲線中幾乎不表現(xiàn)出滯后性。
對(duì)比了沒有通過真空閃蒸結(jié)晶的傳統(tǒng)一步溶液沉積法（conventional single-step solution deposition process, CP）。通過下圖SEM圖像中可以看出，溶液沉積法制備的鈣鈦礦薄膜平整度較差，同時(shí)沒有很好的覆蓋在介孔TiO2表面。而通過真空閃蒸處理后制備的鈣鈦礦薄膜，形成了一個(gè)400 nm厚、平整且連續(xù)的覆蓋層，可以更好地阻礙載流子-空穴復(fù)合，提高開路電壓。 
這種“老方法新應(yīng)用”的成功，為實(shí)現(xiàn)GX率大面積的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池鋪平了道路。
大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池原型。
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