清華新聞網(wǎng)3月28日電 近日，清華大學(xué)電機(jī)系易陳誼研究員團(tuán)隊(duì)通過開發(fā)可適用于柔性襯底的化學(xué)水浴制備二氧化錫（SnO2）電子傳輸層工藝實(shí)現(xiàn)了25.09%（認(rèn)證效率為24.90%）的柔性鈣鈦礦太陽能電池的世界最高效率紀(jì)錄。
柔性鈣鈦礦太陽能電池（FPSCs）因其輕薄、高功率質(zhì)量比、可彎折賦型等獨(dú)特優(yōu)勢而備受關(guān)注。然而，F(xiàn)PSCs的加工過程和使用過程都會受外力和形變的影響，并且柔性襯底常使用的PET等襯底很難長時間耐受超過150攝氏度以上的高溫，因此其表面很難沉積需要進(jìn)行高溫后處理的FTO等導(dǎo)電薄膜，只能使用ITO等材料。而ITO容易在較低pH條件下被強(qiáng)酸所腐蝕，導(dǎo)致很難用傳統(tǒng)的SnCl2添加鹽酸的化學(xué)水浴法（最低pH約為1）在該柔性襯底上制備高質(zhì)量的SnO2電子傳輸層薄膜。因此，目前柔性鈣鈦礦太陽能電池效率仍然顯著低于剛性器件。
圖1.柔性器件結(jié)構(gòu)圖及其實(shí)物以及基于化學(xué)水浴制備的柔性鈣鈦礦電池效率測試曲線
為解決這些問題，易陳誼團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高質(zhì)量SnO2電子傳輸層的制備新工藝。通過使用SnSO4取代常規(guī)的SnCl2作為錫源，能夠在不添加強(qiáng)酸，恒定pH條件下可控生長制備SnO2薄膜，從而使其適用于對酸敏感的柔性ITO襯底。基于溫和且可控的生長環(huán)境獲得了覆蓋均勻的致密SnO2薄膜，并且利用該薄膜實(shí)現(xiàn)了25.09%（認(rèn)證效率為24.90%）光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）的FPSCs，該效率為目前報(bào)道的柔性鈣鈦礦太陽能電池的世界最高效率紀(jì)錄。
圖2.柔性鈣鈦礦太陽能電池最高效率的進(jìn)展以及使用SnCl2和SnSO4在柔性基板上制備SnO2膜的差異
圖3.柔性鈣鈦礦電池截面SEM圖和性能測試結(jié)果
基于SnSO4的FPSCs在耐久性方面表現(xiàn)出色，經(jīng)過10000次彎曲循環(huán)后，仍能保持其初始光電轉(zhuǎn)換效率的90%以上；測試表明基于SnSO4（與SnCl2相比）制備的SnO2為電子傳輸層的鈣鈦礦電池具有更好的熱穩(wěn)定性。這可歸因于硫酸錫基SnO2上的SO42-與Pb2+之間的強(qiáng)相互作用，可減少界面缺陷，提高鈣鈦礦器件的熱穩(wěn)定性。此外，新工藝SnO2的可控生長不僅確保了化學(xué)水浴過程的優(yōu)異再現(xiàn)性，還使得化學(xué)浴能夠重復(fù)使用，不僅可節(jié)省原材料，還可減少該過程對環(huán)境的影響。
相關(guān)研究成果以“通過SnO2的可控生長實(shí)現(xiàn)25%效率的柔性鈣鈦礦太陽能電池”（25%-Efficiency Flexible Perovskite Solar Cells Via Controllable Growth of SnO2）為題，于3月22日發(fā)表于《電力能源匯刊（英文）》（iEnergy）。
清華大學(xué)電機(jī)系博士后任寧宇、2021級博士生譚理國和李明昊為論文共同第一作者，易陳誼為論文通訊作者。
論文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10478316
供稿：電機(jī)系
題圖設(shè)計(jì)：趙存存
編輯：李華山
審核：郭玲
