日本OIST戚亚冰&合肥工业大学童国庆AEM：化学气相沉积技术用于高效率稳定的大面积钙钛矿电池模组制备

化学气相沉积制备钙钛矿薄膜是常见的钙钛矿薄膜太阳能电池制备工艺之一，具低（非）溶剂，致密性高，重复性好，可大面积制备等优点。但是，相比于传统液相法制备钙钛矿薄膜电池超过25%的最高转换效率，基于化学气相沉积技术的钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率仍具有较大的提升空间。

近日，日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）戚亚冰教授与合肥工业大学童国庆教授合作，在化学气相沉积制备大面积钙钛矿薄膜及其光伏电池模组效率提升方面取得新的研究进展。通过界面改性、中间相诱导及籽晶生长等策略，制备出高效稳定的钙钛矿太阳能电池模组。研究结果显示：1）钙钛矿层与电子传输层界面引入氨基磺酸钾（H₂KNO₃S）作为“桥梁”，不仅能够钝化SnO₂层表面空位缺陷，同时还能锚定钙钛矿层中未配位的铅离子，提高电荷传输效率；2）引入少量N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）与PbI₂形成PbI₂·NMP加合物，能够有效降低后续化学气相沉积过程中的“气-固”反应能垒，促进PbI₂转变成钙钛矿相；3）构建钙钛矿籽晶层，进一步降低化学气相反应沉积过程的相转变能垒及反应活化能，促进钙钛矿薄膜的晶粒生长。基于上述研究，团队成员制备出的小面积钙钛矿太阳能电池效率为21.98%（面积0.09 cm²），大面积钙钛矿电池模组效率分别为16.16%（基底面积5×5 cm², 模组面积22.4 cm²）和12.12%（基底面积10×10 cm², 模组面积91.8 cm²）。此外，基于化学气相沉积技术制备的钙钛矿电池也展现出优异的工作稳定性。在持续光照、工作条件下，小面积钙钛矿电池（未封装）的T₈₀寿命超过4000小时（氮气环境下）。该工作为进一步提升基于化学气相沉积技术制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和工作稳定性提供了新的思路。

图1. 化学气相沉积钙钛矿薄膜制备工艺流程及电池模组结构示意图

图2. SnO₂/钙钛矿层界面优化及器件光电性能

图3. 化学气相沉积制备钙钛矿薄膜的成核生长过程

图4. 基于气相成核生长过程调控制备钙钛矿薄膜及器件性能

图5. 籽晶辅助化学气相沉积生长过程及其器件性能

图6. 化学气相沉积技术制备大面积钙钛矿电池模组及其模组性能

该工作近期以题为“Holistic strategies lead to enhanced efficiency and stability of hybrid chemical vapor deposition based perovskite solar cells and modules”发表在《AdvancedEnergy Materials》上，日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）能源材料与表面科学研究团队博士后研究员童国庆（现为合肥工业大学教授）与博士生张家豪为论文共同第一作者，戚亚冰教授为通讯作者。

该论文作者为：Guoqing Tong⁺, Jiahao Zhang⁺, Tongle Bu, Luis K. Ono, Congyang Zhang, Yuqiang Liu, Chenfeng Ding, Tianhao Wu, Silvia Mariotti, Said Kazaoui, and Yabing Qi*

论文题目：Holistic strategies lead to enhanced efficiency and stability of hybrid chemical vapor deposition based perovskite solar cells and modules

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202300153

本文由作者供稿