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華科大陳煒組AEM：溶劑工程助力高效穩(wěn)定甲脒銫基鈣鈦礦太陽(yáng)能模組規(guī)?；l(fā)展發(fā)表時(shí)間：2025-04-18 09:30
主要內(nèi)容 展示大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池模塊（PSMs）的高效率與穩(wěn)定性，對(duì)于推動(dòng)這一創(chuàng)新光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化至關(guān)重要。近年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池憑借其高光電轉(zhuǎn)換效率、低成本等優(yōu)勢(shì)，被視為**潛力的下一代光伏技術(shù)。然而，目前其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍面臨諸多挑戰(zhàn)，其中大面積鈣鈦礦薄膜的可控制備難題尤為突出，這嚴(yán)重制約了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池模塊的效率提升和穩(wěn)定性增強(qiáng)。 華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心陳煒教授、劉宗豪教授與中國(guó)華能集團(tuán)有限公司帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)在此領(lǐng)域取得重要成果。該團(tuán)隊(duì)深入探究了一種由2-methoxyethanol（2ME）、N,N-dimethylformamide（DMF）和N-methyl-2-pyrrolidone（NMP）組成的三元溶劑體系，以精細(xì)調(diào)控formamidinium cesium（FACs）鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的溶解度、揮發(fā)性和配位特性。 首先，采用2ME和DMF來(lái)調(diào)節(jié)溶液的揮發(fā)性及其對(duì)Pb2?離子的配位作用，進(jìn)而控制鈣鈦礦的成核速率。盡管N,N-dimethylformamide（DMF）揮發(fā)性較低，但其具有中性配位能力，能夠高效溶解前驅(qū)體溶質(zhì)。接著，添加揮發(fā)性更強(qiáng)的2-methoxyethanol（2ME）加速濕膜中溶劑的揮發(fā)。 然后，引入NMP作為螯合劑，少量非揮發(fā)性且配位能力強(qiáng)的N-methyl-2-pyrrolidone（NMP）可促進(jìn)薄膜內(nèi)中間相晶核的生成。這里提到的“準(zhǔn)穩(wěn)定中間相”可延長(zhǎng)溶液涂布的工藝時(shí)間窗口，并有利于后續(xù)退火過(guò)程中的晶體生長(zhǎng)。 為了驗(yàn)證三溶劑體系的優(yōu)越性，我們將其與傳統(tǒng)的二元溶劑體系（如僅含DMF和2ME的體系）進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，采用三溶劑體系制備的鈣鈦礦薄膜具有更大的晶粒尺寸、更低的缺陷密度。 本研究采用N? - 刀片輔助刮刀涂布技術(shù)，設(shè)置涂布速度為[X] cm/s，刮刀角度為[X]度，N?氣流速為[X] L/min，以規(guī)?；苽涓哔|(zhì)量FACs基鈣鈦礦薄膜。通過(guò)上述對(duì)三溶劑體系各成分作用的詳細(xì)探究以及規(guī)?；苽溲芯浚麄?nèi)〉昧肆钊瞬毮康某晒?。?yōu)化后的溶劑協(xié)同作用，有助于制備出具有大晶粒尺寸、低缺陷密度和高均勻性的大面積FACs基鈣鈦礦薄膜。 基于單一NiO空穴傳輸層的所得反式PSMs，在有效面積分別為100.15 cm2和2123.18 cm2時(shí)，分別實(shí)現(xiàn)了18.73%和14.62%的認(rèn)證效率。此外，封裝后的微型電池模塊和子電池模塊在1個(gè)和0.5個(gè)太陽(yáng)當(dāng)量的白光照射下老化1000小時(shí)后，在**功率跟蹤條件下，分別保持了初始效率的97.2%和95.8%。 這些結(jié)果不僅充分反映了三溶劑工程在大規(guī)模生產(chǎn)高性能PSM中的可擴(kuò)展性和應(yīng)用潛力，更為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支持，有望加速其商業(yè)化進(jìn)程。同時(shí)，這些高性能的大面積FACs基鈣鈦礦薄膜還在柔性太陽(yáng)能電池、可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，為未來(lái)能源解決方案提供了新的思路。
文獻(xiàn)信息： Solvent Engineering for Scalable Fabrication of High-Quality Formamidinium Cesium-Based Perovskite Films Toward Highly Efficient and Stable Solar Modules Zhaoyi Jiang, Fumeng Ren, Qisen Zhou, Binkai Wang, Zhenxing Sun, Mengjie Li, Zhiguo Zhao, Zonghao Liu, Wei Chen https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202500598
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