一步溶液涂覆方法促进钙钛矿太阳能电池制造和商业化
钙钛矿太阳能电池 (PSC) 被认为是具有高效率和低生产成本的下一代光伏技术的有前途的候选者，有可能彻底改变可再生能源行业。然而，现有的逐层制造工艺带来的挑战阻碍了该技术的商业化。最近，城市大学 (CityU)和国家可再生能源实验室 (NREL) 的研究人员共同开发了一种创新的单步溶液涂层方法，可简化制造过程并降低 PSC 的商业化壁垒。
“在不牺牲设备效率的情况下减少设备处理步骤的数量将有助于降低工艺复杂性和制造成本，这将提高 PSC 的可制造性，”该研究的共同负责人兼助理教授朱宗龙博士解释说。城大化学系。
“我们通过一种新颖的方法解决了制造问题，即在一个步骤中共同处理空穴选择性接触和钙钛矿层，从而使倒置钙钛矿太阳能电池的效率达到 24.5%，并具有出色的稳定性。这有助于使该技术的商业化更近一步，”他说。
通常，PSC 是使用逐层工艺制造的，该工艺涉及将太阳能电池的不同层依次沉积在彼此之上。虽然这种方法已成功生产高性能钙钛矿太阳能电池，但它会导致可能阻碍其商业化的问题，例如制造成本增加、均匀性和再现性不令人满意。
为了提高 PSC 的可制造性，Zhu 博士与NREL 的 Joseph M. Luther 博士合作，共同发明了一种制造高效倒置钙钛矿太阳能电池的新方法，其中空穴选择性接触和钙钛矿光吸收剂可以自发地形成在一个单一的溶液涂层程序。
他们发现，如果将特定的膦酸或羧酸添加到钙钛矿前体溶液中，该溶液将在钙钛矿薄膜加工过程中自组装到氧化铟锡基板上。当钙钛矿结晶时，它们形成坚固的自组装单层作为出色的空穴选择性接触。这种单一的溶液涂层程序不仅解决了润湿性问题，而且通过同时创建空穴选择性接触和钙钛矿光吸收器来简化器件制造，而不是传统的逐层工艺。
新创的PSC器件功率转换效率为24.5%，即使在连续光照下以最大功率点运行1200小时后，仍能保持初始效率的90%以上。其效率可与市场上同类 PSC 相媲美。
合作团队还表明，这种新方法与各种自组装单层分子系统、钙钛矿组合物、溶剂和可扩展的加工方法(如旋涂和刮涂技术)兼容。用新方法制造的 PSC 与其他方法生产的 PSC 具有相当的性能。
“通过引入这种创新方法，我们希望通过提出一种更直接的制造高性能钙钛矿太阳能电池的方法并可能加速将其推向市场的过程，为钙钛矿研究界做出贡献，”朱博士说。
研究团队计划进一步探索自组装单层分子结构与钙钛矿前体之间的关系，以确定适合该技术的一组最佳自组装单层分子，从而提高 PSC 的整体性能。
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