近日，上海科技大学物质科学与技术学院陈刚课题组研制出环境条件下制备大面积二维钙钛矿太阳能电池的新方法,相关研究成果发表于国际知名期刊Advanced Materials。
钙钛矿太阳能电池近年来发展迅速，因其环境稳定性较差制约了产业化应用。研究显示，在钙钛矿晶体中引入有机长链阳离子、形成二维层状钙钛矿是提高电池环境稳定性的有效手段。目前离子掺杂和溶剂工程等多种方法可用于制备二维钙钛矿薄膜，然而基于实验室严格控制条件下的方法并不适用于产业化环境条件和大面积二维钙钛矿薄膜的制备。
针对上述问题，陈刚教授团队研制出对湿度不敏感、热空气辅助制备大面积二维钙钛矿太阳能电池的新方法。在热空气辅助下，通过调控二维钙钛矿成核和生长的过程，制备出择优取向、结晶性好、缺陷少的二维钙钛矿薄膜，不同湿度下采用该方法制备的二维钙钛矿薄膜均表现出优异的光电性能。更重要的是，这一方法可以实现高质量、大面积二维钙钛矿薄膜的制备。
基于同步辐射X射线掠入射衍射技术，本工作原位研究了热空气辅助下二维钙钛矿的成膜机制。结果显示，热空气诱导溶质凝固，在气液界面处形成中间体，转化为类三维钙钛矿，接着以之为模板生成具有择优取向的二维钙钛矿薄膜。基于该方法制备的二维钙钛矿太阳能电池的最优光电转化效率达到16.36%，是非旋涂法制备二维钙钛矿薄膜器件的最高值，有望促进二维钙钛矿太阳能电池的产业化应用。
图1：热空气辅助制备二维钙钛矿薄膜示意及应用同步辐射X射线衍射等技术对薄膜进行系统的表征。
图2：热空气辅助制备的二维钙钛矿薄膜作为吸光层的太阳能电池的结构及光电特性。