青島能源所青島儲能院逄淑平研究員課題組在鈣鈦礦大規(guī)模制備工藝開發(fā)方面取得了突破性進(jìn)展。
有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的光-電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到22.1%，已超過非晶硅太陽能電池，電池的穩(wěn)定性不斷改善，但鈣鈦礦太陽能電池從單電池走向組件的核心瓶頸問題是如何制備高質(zhì)量大面積的鈣鈦礦薄膜。
逄淑平研究員課題組以解決鈣鈦礦太陽能電池應(yīng)用所面臨的關(guān)鍵問題為導(dǎo)向，基于甲胺與鈣鈦礦材料可逆的作用機(jī)制，開發(fā)了鈣鈦礦薄膜的甲胺氣體修復(fù)技術(shù)，通過控制甲胺氣體分壓可以使鈣鈦礦材料自發(fā)的吸入和脫出甲胺氣體，鈣鈦礦薄膜經(jīng)過此“呼吸”過程可以快速修復(fù)薄膜中的缺陷結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了大面積均勻鈣鈦礦薄膜的制備。相關(guān)成果發(fā)表于Angew. Chem.（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54: 9705），《Science》雜志在Editor’s choice版塊對此工作進(jìn)行了亮點報道（Science 2015, 349: 600）。
在此工作的基礎(chǔ)上，課題組對鈣鈦礦材料的合成路線進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，通過HPbI3/MA反應(yīng)體系代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PbI2/MAI反應(yīng)體系，首次實現(xiàn)了室溫氣-固反應(yīng)制備鈣鈦礦材料。以HPbI3為前驅(qū)體材料，使鈣鈦礦薄膜的合成和修復(fù)同步進(jìn)行，簡化了制備工藝；由于新反應(yīng)體系的反應(yīng)過程不改變PbI6八面體的結(jié)構(gòu)單元，類似于晶體結(jié)構(gòu)的拓?fù)渥兓淮嬖趥髻|(zhì)過程，微觀上保證了成分的均勻性，理論上降低了晶體內(nèi)部的缺陷結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138：750），并已申請發(fā)明專利。
這種新型氣-固反應(yīng)和修復(fù)一體化大面積制備鈣鈦礦薄膜工藝路線具有廣闊的市場應(yīng)用前景，課題組與美國布朗大學(xué)和可再生能源實驗室合作開展更為深入的基礎(chǔ)研究，同時與廈門惟華光能公司的合作，應(yīng)用此技術(shù)開展制備大面積鈣鈦礦太陽能電池組件。
本研究得到中國科學(xué)院青年促進(jìn)會(2015167)、政府間科技合作項目(2015DFG62670)、以及青島儲能技術(shù)研究院的資助。
HPbI3/MA反應(yīng)路線的反應(yīng)機(jī)理及器件結(jié)果
