低成本策略突破30%效率：DMSO气相熏蒸提升钙钛矿/硅叠层太阳能电池性能

来源：新能源与能效发布时间：2025-06-23 14:09:39

在推动钙钛矿太阳能电池产业化的征程中，如何制备高质量的大颗粒、低缺陷的宽带隙钙钛矿薄膜，一直是效率提升和稳定性改善的核心难题。近日，研究团队提出了一种简便有效的溶剂气相熏蒸策略(DMSO fumigation)，在不更改前驱体配方的情况下，显著改善了宽带隙钙钛矿的结晶过程，制备出高质量薄膜，成功实现了30.9%的钙钛矿/硅(TOPCon)叠层电池转换效率(认证效率30.83%)，迈出了产业化关键一步。

一、研究背景与挑战

宽带隙钙钛矿(Eg ≥ 1.65 eV)是构建叠层太阳能电池的关键前电池材料，但常见的混卤钙钛矿体系(如I/Br混合)在结晶过程中易发生快速晶化和相分离，导致晶粒小、缺陷多，器件的开路电压(VOC)损失大、稳定性差。虽然已有研究尝试通过添加Lewis碱或改变溶剂类型来调控晶化过程，但成本高、操作复杂，难以规模推广。

二、实验方法概述

本研究采用DMSO气相熏蒸的方法，在旋涂完成后、退火前，将湿膜暴露于DMSO蒸汽环境中，延长中间相(如AX2–PbX2–DMSO)的存在时间，从而减缓晶化速率，促进大晶粒和低缺陷钙钛矿膜的形成。通过对比实验，将未经处理的样品作为对照组(control)，DMSO熏蒸处理后的样品为目标组(target)。

三、主要实验表征与结果

晶化动力学控制：

XRD、GIWAXS及原位PL表征表明，熏蒸处理显著延长了中间相的存在时间，延缓晶化过程;

FTIR和XPS揭示了DMSO与PbX₂的协同作用增强，降低了非配位Pb²⁺浓度。

膜质量与能级调控：

SEM/EDS证实目标膜晶粒更大、成分更均一;

AFM与KPFM表明膜面更平整，表面费米能级上移，有利于电子传输;

TRPL、SCLC测试表明非辐射复合被显著抑制，陷阱态密度降低至1.67×10¹⁶ cm⁻³。

器件性能提升显著：

1.65 eV器件PCE达23.19%，VOC高达1.259 V，FF为83.73%，JSC为21.99 mA cm⁻²;

1.68 eV器件PCE达22.38%，VOC为1.265 V;

VOC损失低至0.391 V，接近理论极限。