Advanced Science:微波30秒——快速制备大面积钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池(PSC)的快速加工技术可以有效提升规模化生产效率,微波处理技术就是一种理想的技术方案。微波加工技术已被应用到无机和有机合成中,具有例如快速加热,均匀加热,节省功耗,共型加工和高兼容性等独特的优势。通过使用这种新一代的加热技术,电磁场通过偶极极化和离子传导将能量直接传递给材料,从而显著加快了反应持续时间。最近,微波合成已扩展到制备用于发光二极管的全无机钙钛矿纳米晶体和用作光电器件电子传输层的金属氧化物纳米晶体中。但是,通过微波辐射制备钙钛矿薄膜太阳能电池仍鲜有报道。

鉴于此,西北工业大学黄维院士与南京工业大学秦天石教授团队,报道了一种快速的微波退火工艺(MAP)用于替代传统的热板退火工艺(HAP),从而大幅缩短钙钛矿的加工时间至不到1分钟。MAP方法得益于微波辐射的穿透性和同时性,可以有效消除杂相,从而在钙钛矿薄膜中获得大于1 µm的大晶粒。这些经过MAP处理的钙钛矿薄膜表现出纯的晶相,长的载流子寿命和低的缺陷密度,可在不需额外的增强剂/钝化层的情况下大大提高PSC效率。倒置的平面PSC的功率转换效率从18.33%(HAP)提高到21.59%(MAP),并且在环境条件下不封装的情况下,使用寿命长达1000小时以上,具有良好的稳定性。

此外,MAP可以应用于大尺寸(10 cm×10 cm)钙钛矿薄膜的制造,以及在环境温度和前体浓度方面的宽容度,使其成为可重复实际制造钙钛矿光伏产品的可靠方法,并在1 cm2的面积获得了18.5%效率。

研究者相信,此项研究将会为推动钙钛矿规模化生产提供一种高效的加工技术,并为进一步提升钙钛矿太阳能电池性能提供新的思路。这一快速便捷的器件制备工艺,将会为如火如荼的钙钛矿光伏的发展插上急速的翅膀。相关论文在线发表在Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202000480)上。