Advanced Energy Materials:高效率大面积钙钛矿太阳能电池可产业化材料及制作技术

台湾大学材料系林唯芳教授及明志科技大学材料系黄裕清助理教授所组成的研究团队,最近发展出可在一般空气环境下大量制作的高效率大面积钙钛矿太阳能电池,促使本技术的产业化大跃进。钙钛矿太阳能电池是近几年崛起的新世代高效率太阳能电池,其可以使用溶液制程,具有成品低廉,让太阳能电池普及化的潜力。但目前高效率的电池却是使用含有毒的溶剂的材料并以旋转涂布的方式在密闭乾燥钝气的环境下以多步骤制作,成本高且无法量产。本团队采取环境友善的材料配合不同的环保溶剂制作出的配方,以传统大面积狭缝式涂布法在一般大气室温的环境中将材料溶液涂布成湿膜,再配合快速红外光一步骤乾燥长晶成均匀的薄膜(图1a) 。太阳能电池所需的四层薄膜,每层分次在彼此之间不会互相作用下,都可以少于1分钟的时间,自动化制程一步骤快速完成,而一般的制程涂布、乾燥与长晶是分开,每层薄膜皆须分钟至小时的时间才可以完成,较不易自动化。适当的选择符合环保性、功能性且成膜性佳的材料及溶剂是形成高品质大面积薄膜的关键技术。

图1. (a) 狭缝式涂布法搭配快速红外光制备钙钛矿薄膜示意图 (b) 12公分×12公分均匀大面积钙钛矿薄膜的照片(透过日光灯拍摄) (c) 全狭缝式涂布法制备之钙钛矿太阳能电池电流-电压曲线图其彼此之期间

结果表明,以此新颖制程搭配钙钛矿前驱物溶液特殊配方,能在18秒内涂布12公分×12公分之均匀大面积钙钛矿薄膜(图1b),此膜制成的太阳能电池,最高效率可达14.30%。除此之外,他们也以此技术展示了全狭缝涂布法制备之钙钛矿太阳能电池(除上下方电极外之所有膜层),其最高效率约為11%(图1c)。他们相信在这项研究工作中所开发之大面积量产材料及制程技术,不仅有助于钙钛矿太阳能电池朝商业化应用大步迈进,并为大面积量产材料及制程技术开拓了新的思维。相关结果发表在Advanced Energy Materials(DOI:10.1002/aenm.202001567)上。