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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
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宋延林課題組在利用低沸點溶劑印刷鈣鈦礦光伏器件方面取得新進展
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宋延林課題組在利用低沸點溶劑印刷鈣鈦礦光伏器件方面取得新進展 2023-05-23 | 編輯：lry | 【大 中 小】【打印】【關閉】 金屬有機-無機雜化鈣鈦礦材料因其出色的光電性質在近年來被認為是最具潛力的第三代光伏材料之一。目前，實驗室制備的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率已與單晶硅太陽能電池相當。目前大多數高效率鈣鈦礦太陽能電池的制備是在實驗室中通過旋涂法制備，然而在諸如刮涂、狹縫涂布、絲棒涂布等高通量的彎液面涂膜方法中，由于無法像旋涂中一樣通過反溶劑迅速除去濕膜中的溶劑，所制備的鈣鈦礦薄膜形貌質量往往欠佳。因此，開發(fā)一種無需反溶劑且可通過高通量薄膜沉積制備均一大面積鈣鈦礦薄膜的方法對鈣鈦礦太陽能電池的應用具有重要意義。 在國家自然科學基金委、科技部、中國科學院和北京分子科學國家研究中心的支持下，化學所綠色印刷院重點實驗室宋延林課題組提出通過低沸點溶劑-中間體工程策略實現(xiàn)無反溶劑刮涂制備高質量鈣鈦礦薄膜。該策略通過用乙腈-乙酸異丙酯二元混合物作為低沸點溶劑，在甲胺氣體的輔助下制備鈣鈦礦墨水。在涂膜過程中，與單一使用乙腈作為溶劑的鈣鈦礦墨水相比，使用乙腈-乙酸異丙酯二元溶劑的鈣鈦礦墨水在室溫下生成了穩(wěn)定的中間體薄膜。在100 °C下退火后，中間體轉變?yōu)殁}鈦礦相。鈣鈦礦薄膜的相變過程被大幅延長，這將有利于最終薄膜的擇優(yōu)取向生長。同時由于乙酸異丙酯較低的蒸汽壓，薄膜的結晶速率明顯低于使用乙腈溶劑的墨水。這有利于制備擁有更大晶粒尺寸及更低缺陷態(tài)密度的鈣鈦礦薄膜。該方法在刮涂成膜過程中無需反溶劑或風刀吹掃，通過簡單退火即可制備高質量的反式鈣鈦礦太陽能電池。最終通過該策略刮涂制備的MAPbI3鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了20.80%（0.04 cm2）16.37%（14.08 cm2）和15.29%（37.83 cm2）的光電轉化效率。該工作為未來大面積制備鈣鈦礦太陽能模組提供了一種簡單、有效的策略。相關研究成果近日發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition期刊上（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300971）。第一作者是博士生楊永瑞，通訊作者是化學所宋延林研究員與喬雅麗研究員。 圖1 通過低沸點溶劑-中間體工程策略涂膜過程中晶體結構的變化 圖2 通過低沸點溶劑-中間體工程策略涂膜的結晶動力學過程 綠色印刷院重點實驗室 2023年5月23日 |
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