【概述】

自從2009年關(guān)于鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的Z初報(bào)道以來，這種設(shè)備的功率轉(zhuǎn)換效率(PCEs)已經(jīng)從3.8%上升到25.2%。鈣鈦礦具有許多特性，使其成為太陽能電池應(yīng)用的誘人材料，包括有效的光吸收，可調(diào)諧帶隙，長(zhǎng)電荷載流子壽命和高缺陷容錯(cuò)性[1]。然而，從溶液中沉積鈣鈦礦膜的相對(duì)容易引起了ZD的興趣，因?yàn)檫@可能使大批量生產(chǎn)低成本和低溫的光伏組件成為可能。這將使商用模塊的能源回收期大大縮短到不到半年[2]。為了使這成為現(xiàn)實(shí)，有必要證明鈣鈦礦太陽能電池可以制造使用工業(yè)相容的涂層技術(shù)。

目前大多數(shù)鈣鈦礦設(shè)備優(yōu)化使用旋轉(zhuǎn)涂層方法制備，這種方法簡(jiǎn)單可靠，能夠生產(chǎn)高度均勻的薄膜[3]。然而，旋涂通常只適用于在面積小的基板上涂覆(平方厘米范圍內(nèi))，而不適用于平方米范圍內(nèi)。旋轉(zhuǎn)涂層也是一種浪費(fèi)涂布過程，因?yàn)榇蟛糠值挠湍窃谕坎歼^程中從基材中被拋出。因此，人們加大了對(duì)可擴(kuò)展沉積技術(shù)的研究力度，如刀片涂層、槽模涂層、噴墨打印和噴涂。

本文報(bào)道了利用超聲噴涂技術(shù)沉積鈣鈦礦光伏器件并對(duì)其部分放大。噴涂是一個(gè)有吸引力的技術(shù)，為大規(guī)模生產(chǎn)，因?yàn)樗试S大面積高速涂覆在小面積涂層上。與常規(guī)孔型噴涂布機(jī)不同，超聲波噴涂布機(jī)利用壓電換能器將溶液剪切成微米大小的霧滴，其平均尺寸比傳統(tǒng)的氣刷設(shè)備制造的霧滴要小，這保證沉積更均勻的涂層[4]。

【實(shí)驗(yàn)/設(shè)備條件】本實(shí)驗(yàn)中用到Newport太陽光模擬器和量子效率測(cè)試系統(tǒng)。

Oriel Sol3A 太陽光模擬器采用單燈設(shè)計(jì)，滿足全部 3A 級(jí)性能標(biāo)準(zhǔn)，而不影響其 1 個(gè)太陽光強(qiáng)輸出功率。按照慣例，AAA 級(jí)的首字母代表光譜匹配度，第二個(gè)字母代表輻照均勻性，第三個(gè)字母代表時(shí)間穩(wěn)定性。Sol3A 太陽光模擬器符合以下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 AAA 級(jí)認(rèn)證：IEC 60904-9 版本 2 (2007)、JIS C 8912 和 ASTM E 927-05。

· AAA 級(jí) CW 太陽光模擬器

·包括 IEC、ASTM 和 JIS 的 AAA 級(jí)校準(zhǔn) 書

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·輸出太陽光 0.1 至 1.0 連續(xù)可調(diào)

·溫度傳感器和自鎖系統(tǒng)可確保操作人員的安全

·超長(zhǎng)壽命和高可靠性，可用于 7 x 24 小時(shí)的生產(chǎn)環(huán)境

【實(shí)驗(yàn)結(jié)果/結(jié)論】

  使用超聲波噴涂依次沉積了氧化錫、三陽離子鈣鈦礦和金屬氧化物薄膜，使我們能夠在小面積基底上制造出具有較高轉(zhuǎn)換效率(PCE)的鈣鈦礦太陽能電池。

實(shí)驗(yàn)表明：噴射沉積技術(shù)可迅速小面積襯底上，可創(chuàng)建一個(gè)有效有源面積為1.08 cm2、轉(zhuǎn)換效率為12.7%的器件。這項(xiàng)工作 證明了噴涂能快速制造高 效低成本鈣鈦礦太陽能電池。這將推動(dòng)鈣鈦礦太陽能電池在多領(lǐng)域的應(yīng)用，具有里程碑式的科學(xué)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y. & Miyasaka, T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. J. Am. Chem. Soc. 131, 6050–6051 (2009).

[2]D’Innocenzo, V. et al. Excitons versus free charges in organo-lead tri-halide perovskites. Nat. Commun. 5, 3586 (2014).

[3]Egger, D. A. et al. What Remains Unexplained about the Properties of Halide Perovskites? Adv. Mater. 30, 1800691 (2018).

[4]David G. Lidzey, James E. Bishop. et al. Fully Spray-Coated Triple-Cation Perovskite Solar Cells. Nat. Res. 6610 (2020).

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