用甲脒共熔物制备的钙钛矿/硅叠层太阳能电池

溶液法目前仍然是制备高性能钙钛矿/硅叠层太阳能电池的主流方法，但它很难同时做到适合工业量产和长期使用稳定。热蒸发法更适合工业化生产，不过此前一直没有在大面积钙钛矿/硅叠层电池上成功实现，一个重要原因是：在高温蒸发钙钛矿原料时，甲脒碘（FAI）容易受热分解，影响成膜质量和电池性能。针对这个问题，研究团队合成了一种甲脒基共晶材料（Eu），它能让甲脒碘的有效蒸发温度平均降低约36°C，使其低于容易分解的温度范围，从而可以在不破坏材料的情况下稳定蒸发成膜。这样制备出的钙钛矿薄膜结晶质量更好，材料成分在原子尺度上更均匀。研究团队采用顺序蒸发工艺制备钙钛矿/硅叠层电池，在1平方厘米的小面积器件上实现了31.5%的稳态光电转换效率。所谓稳态效率，是指电池在稳定工作条件下的效率，而不是短时间测得的不稳定峰值。进一步地，由于蒸发过程具有均匀性，研究团队首次用热蒸发法在商用半切G12硅片上制备出200平方厘米的大面积钙钛矿/硅叠层电池，稳态效率达到30.0%。这意味着器件面积从1平方厘米放大到200平方厘米时，效率相对损失只有3.99%，是目前报道的钙钛矿基叠层电池在面积放大过程中最低的效率损失之一。此外，这种基于甲脒基共晶的叠层电池在85°C、85%相对湿度的湿热老化条件下运行2000小时后，仍能保持初始效率的95%；在两个月真实户外运行中，输出功率几乎没有明显下降。总体来看，这项研究提出了一条通过热蒸发制备高效、稳定、可放大的钙钛矿/硅叠层太阳能电池的新路线，对推动此类电池从实验室走向工业应用具有重要意义。