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《自然》子刊:研究人员开发了一种可重复制造高效钙钛矿太阳能电池的通用方法

Emma Chou

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来自德累斯顿工业大学应用物理研究所(IAP)和德累斯顿电子发展中心(cfaed)的研究人员开发了一种可重复制造高效钙钛矿太阳能电池的通用方法。他们的研究已经发表在《自然通讯》杂志上。

钙钛矿是19世纪初首次报道的一类材料,2009年被“重新发现”,作为一种可能用于太阳能电池发电的材料。从那时起,它们就席卷了光伏研究界,以前所未有的速度达到了新的效率记录。这种改进速度如此之快,以至于到2021年,仅仅经过10年多的研究,它们就已经实现了与传统硅器件类似的性能。让钙钛矿特别有前途的是它们的生成方式。硅基器件很重,需要在高温下制造,而钙钛矿器件则很轻,成型时只需要最小的能量投入。正是这种高性能和简易制造的结合,激发了研究界的热情。

随着钙钛矿光电性能的飞速上升,留下了一些支持开发所需的商业可行性技术。一直困扰钙钛矿开发的一个问题是设备的再现性。虽然一些光伏设备能以理想的性能水平制造,但以完全相同的方式制造的其他光伏设备往往效率明显较低,这让研究团体感到困惑和沮丧。

最近,来自Yana Vaynzof教授的新兴电子技术小组的研究人员发现,钙钛矿薄膜形成过程中的基本过程强烈地影响了光伏器件的再现性。当从溶液中沉积钙钛矿层时,反溶剂滴到钙钛矿溶液上以触发其结晶。“我们发现,钙钛矿与抗溶剂的接触时间对最终器件性能有显著影响,直到现在,这个变量在研究界都没有被注意到。” 这项研究的第一作者Alexander Taylor博士说,“这与某些抗溶剂至少可以部分溶解钙钛矿层的前体,从而改变其最终组成有关。此外,抗溶剂与钙钛矿溶液溶剂的互溶性影响了它们触发结晶的效果。”

这些结果表明,当研究人员制造光伏器件时,这种抗溶剂步骤的差异可能导致所观察到的性能上的不可再现性。进一步,作者测试了广泛的潜在抗溶剂,并表明通过控制这些现象,他们可以获得几乎所有候选测试的尖端性能。“通过识别关键的抗溶剂特性,这影响钙钛矿活性层的质量,我们还能够预测出新型抗溶剂的最佳处理, 从而消除了该领域中常见的单一试错优化的需要。” cfaed混合材料运输组的负责人Fabian Paulus博士补充道。

“我们研究的另一个重要方面是,我们证明了最佳的抗溶剂应用可以显著扩大钙钛矿光伏器件的处理窗口。” 领导这项工作的Vaynzof教授指出,“我们的研究结果为钙钛矿研究团体提供了宝贵的见解,这是将这项有前途的技术发展为商业产品所必需的。”

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

http://techxplore.com/news/2021-03-approach-high-efficiency-perovskite-solar-cells.html

http://www.nature.com/articles/s41467-021-22049-8


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