Joule 崔光磊、唐波 喷雾制备钙钛矿 曲面器件23.2% 溶剂工程 强弱络合剂组合实现局部高浓度前驱体策略

来源:钙钛矿太阳能电池文献精读集锦发布时间:2025-12-22 16:15:40

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核心总结

核心创新点

本文提出局部高浓度(LHC)前驱体策略,通过强/弱配体溶剂组合调控溶剂化结构,使钙钛矿在喷雾沉积过程中于液滴内实现均匀受限的体相预成核,成功制备出高质量钙钛矿薄膜,实现了高效、高湿度耐受、可在复杂曲面沉积的钙钛矿光伏器件。

解决的问题

喷雾涂层在复杂几何形状光电器件制备中潜力巨大,但结晶动力学不可控和环境湿度敏感性限制了其制备高质量低缺陷钙钛矿薄膜的能力;传统喷雾涂层钙钛矿器件效率低于23%,远不及旋涂等方法,且难以在曲面等非平面基底上conformal 沉积,本文的LHC 策略有效解决了这些瓶颈。

实现方法

具体实施:以 (FA₀.₉₅Cs₀.₀₅PbI₃)₀.₉₇₅(MAPbBr₃)₀.₀₂₅为钙钛矿体系,优化溶剂配比为 DMF/NMP/DMSO/ACN=1/1/0.2/11.8(体积比),添加2% 摩尔比PbCl₂和1.9% 摩尔比MDACl₂至前驱体;采用S-120 0.2 mm 喷嘴喷雾枪,载气为N₂,压力0.4 MPa,平均流速1 μL/s,扫描速度10 cm/s,层间间隔8 s,基底预热至50-100 ℃,喷雾后100 ℃退火40 分钟;曲面器件采用磁控溅射制备400 nm 厚ITO 层,真空沉积钝化层,喷雾沉积空穴传输层。

性能参数

器件核心性能:小面积(0.09 cm²)喷雾涂层器件反向扫描PCE 达25.5%,认证效率25.2%,Voc 为1.19 V,Jsc 为25.2 mA/cm²,FF 为0.849。14 cm² 迷你组件PCE 为22.5%;曲面器件(活性面积0.045 cm²)PCE 达23.2%;80% 相对湿度下制备的器件PCE 为23.1%。

稳定性数据:未封装器件在氮气氛围、45 ℃下遵循ISOS-L-1 协议进行MPP 跟踪测试,T₉₀>1600 小时,长期稳定性优异;高湿度环境下制备的器件无明显水反应或相转变,展现出良好的环境耐受性。

作者团队:中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊、邵志鹏&崂山实验室唐波&沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学Stefaan De Wolf

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102228

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