[00127463]大面积高效钙钛矿太阳电池的制备研究

在四川省科技厅科技创新人才计划的资助下,研究工作从开发稳定可靠的大面积钙钛矿太阳电池模组制备工艺的角度出发,首先对钙钛矿组分以及添加剂进行选择与优化,在此基础上重点研究了大面积的钙钛矿薄膜涂布技术,并且通过优化激光刻划技术和串并联集成结构的设计,成功掌握了高性能的大面积钙钛矿模组的制备工艺。取得的研究成果如下： （1）钙钛矿组分以及添加剂的选择与优化 从分子相互作用的角度出发,我们在不含甲胺基的Cs/FA双元阳离子体系钙钛矿中引入了一种重金属离子解毒剂（D-青霉胺）作为添加剂,有效抑制了由碘空位缺陷引起的深层缺陷态,同时还可以改善钙钛矿的结晶过程和结晶质量,抑制非辐射复合,从而显著提高制备的钙钛矿电池的的性能和稳定性。小面积电池最高效率达22.4%,并且未封装器件表现出优异的环境、操作和热稳定性。 （2）涂布法制备大面积钙钛矿薄膜的工艺优化 在前一步工作获得的高器件性能的钙钛矿组分和添加剂配方的基础上,对大面积钙钛矿薄膜涂布技术进行了改进和优化,通过前驱体溶液溶剂工程、钙钛矿层膜厚精确调控以及后处理工艺等方面的优化,确定了涂布钙钛矿薄膜的最佳工艺条件,成功获得了最佳厚度约740nm、面积100 cm2、高结晶质量、覆盖度100%的钙钛矿薄膜。 （3）激光刻蚀工艺与串联模组结构设计的优化 通过对单节子电池有效区的宽度以及P2、P3激光划线功率分别进行优化,确定了电池模组设计制备的最佳参数,降低串联电阻的影响,进一步提升了大面积模组的性能。最终成功实现了25 cm2钙钛矿电池模组转化效率突破18%,100 cm2钙钛矿电池模组转化效率达到14%,成功完成了预期的研究内容和技术指标。 此外,我们在新型高性能一维结构电子传输材料和纯无机高稳定钙钛矿吸光材料等方面也取得了重要的研究成果。 研究成果的经济和社会价值： 1、项目研究成果100cm2钙钛矿电池模组效率超过原定10%技术指标,达到了14%,具备了初步实际应用价值;叠层电池的后续相关研究正在开展中,目前已经搭建了叠层电池中ITO层制备所需的磁控溅射设备,初步具备了制备叠层电池的条件。 2、柔性衬底上制备钙钛矿的后续相关研究正在开展中,目前已经成功在小面积柔性ITO基底上,低温沉积制备了氧化锡的电子传输层,后续将扩大制备规模,实现大面积柔性电池模组的制备。 3、半透明、彩色的钙钛矿电池与叠层电池技术类似,目前利用磁控溅射设备已经初步制得了ITO的透明电极,并且对钙钛矿的带隙做了初步的摸索和优化。 以上三部分的初步研究均已顺利开展,为后续的研究发展以及实现预期应用前景奠定了坚实的基础。