《Science》发表实验室印刷光伏最新研究成果

  近日,武汉理工大学、佛山仙湖实验室共同在国际顶级期刊《Science》上发表学术论文,论文题目为“Lead halide-templated crystallization of methylamine-free perovskite for efficient photovoltaic modules”。光电材料与器件专业实验室主任黄福志研究员为通讯作者。论文链接:https://science.sciencemag.org/content/372/6548/132。

 

  钙钛矿光伏技术近年来发展迅速,具有高效低成本优点,其光电转换效率已突破25%,应用潜力巨大。然而,产业化面临一个主要技术挑战是如何制备高质量大面积钙钛矿吸光层薄膜。


  黄福志等人通过对杂化钙钛矿及其溶剂结晶相成核结晶生长过程的深入研究,发现在钙钛矿成膜过程中必须抑制钙钛矿溶剂相的不可控生成以得到致密薄膜。因此,在CsFA纯碘钙钛矿DMF前驱体中引入与铅元素摩尔比1:1的N-甲基吡咯烷酮(NMP), 在前驱体中诱导PbI2·NMP溶剂络合相优先成核并脱溶,从而抑制钙钛矿-DMF中间相及其相应枝状晶的形成。这样,在一步法钙钛矿成膜过程中,PbI2·NMP溶剂络合相首先形成一个模板,同时使有机胺盐均匀地沉积在PbI2·NMP溶剂络合相四周,再通过随后的加热过程实现原位钙钛矿反应,得到致密的大面积钙钛矿薄膜。利用该方法,通过狭缝挤出印刷技术可以印刷制备高效大面积钙钛矿太阳能电池模组。
  

  这项研究揭示了溶液法钙钛矿薄膜的结晶动力学过程和调控机制,提供了一种大面积钙钛矿薄膜的可控制备方法。通过原位两步法的方法,克服了一步法钙钛矿成核结晶难以控制和二步法反应不均匀问题,解决了钙钛矿大面积印刷的技术难题,配制了适合狭缝挤出涂布印刷的钙钛矿墨水,制备出了高效稳定的钙钛矿太阳能电池小组件, 为钙钛矿产业化制备提供了一种新的策略。

 
图 (A) FA0.83Cs0.17PbI3/DMF的自发结晶过程表征和过程示意图。

(B)FA0.83Cs0.17PbI3-NMP/DMF的自发结晶过程表征和过程示意图。

(C) 印刷制备的大面积钙钛矿薄膜。

2021年6月19日 12:03