Advanced Science:高湿度环境印刷制备高效稳定钙钛矿电池 – 原位表征研究的力量

钙钛矿太阳电池以其优异的光电转换性能和低廉成本的溶液制程, 引起了科技工作者与业界的广泛关注。自2012年钙钛矿狂热 (perovskite fever) 的出现以来,金属卤化物钙钛矿太阳能电池发展迅速,其光电转换性能已达 25.5%,已接近晶硅电池,其稳定性也不断提升。然而,目前高效率的电池多产自充满惰性气体的密闭空间,以溶液旋涂的制备方法进行,其优点在於操作简单,但是不利於大面积的制程。因此,印刷技术制备钙钛矿太阳电池势在必行。另一方面,高效率的钙钛矿太阳电池制程对环境条件甚为严格,一般空气中的水份对成膜的形貌影响大,因而在高湿度环境制备钙钛矿器件是当前的一个重大挑战。

针对此挑战,香港理工大学电子及资讯工程学系李刚教授团队采用原位紫外可见光吸收光谱仪技术,实时观测表征了在高湿度空气环境中,用刮涂印刷技术结合惰性气体不同风干辅助的成膜方式对印刷钙钛矿薄膜品质的影响。该工作又通过X-射线衍射(XRD)丶光致激发时间解析及稳态萤光光谱等技术,详细分析了溶剂挥发速率对钙钛矿薄膜中晶体结构和光电特性的影响。该团队进一步以 LeMar Model 的理论模型去探讨验证吹气速度和溶剂挥发速率对於加速钙钛矿晶体的成核及其后生长过程的关系,并指导如何有效地制备缺陷少无针孔的高品质钙钛矿薄膜。并进一步实现了21.1% 的钙钛矿太阳电池能量转换率。该研究团队相信,原位紫外可见光吸收光谱仪技术提供了一种简单并有效的技术手段去调控晶体的生长,有助於在工业生产上精准地优化和监控成膜过程。相关结果以 “Printing High-Efficiency Perovskite Solar Cells in High-Humidity Ambient Environment—An In-Situ Guided Investigation” 为题发表在 Advanced Science (DOI:10.1002/advs.202003359) 上,文章的第一作者为方伟强博士,共同第一作者胡汉林博士现任深圳霍夫曼研究院副教授。