伦敦玛丽女王大学开发钙钛矿材料新生产工艺 提高太阳能电池效率

据外媒报道，伦敦玛丽女王大学（Queen Mary University of London）的研究人员开发了一种新工艺，以生产稳定的钙钛矿材料，制造更高效的太阳能电池。

（图片来源：伦敦玛丽女王大学）

在太阳能电池中，晶体硅是应用最广泛的材料。然而，由金属卤化物钙钛矿材料制成的钙钛矿太阳能电池，可能成本更低、更高效。现在，钙钛矿型太阳能电池在效率方面，可与更成熟的硅基太阳能电池相媲美。关键挑战在于，这种电池存在化学不稳定性。钙钛矿材料对水分、氧气甚至光线都非常敏感，在空气中会迅速降解。

一种甲脒钙钛矿（formamidinium perovskite）材料有助于解决这一问题。这种钙钛矿材料名为FAPbI3，具有纯净的黑色晶体结构，比其他许多钙钛矿在化学上更稳定。在太阳能电池中，与现有钙钛矿材料相比，其光学特性也更适合高效吸收光线和发电。然而，制造这种黑色的稳定材料并不容易，往往会形成不适合太阳能电池的黄色相。

在此项研究中，研究人员提出一种制造FAPbI3的新工艺。制造FAPbI3的挑战之一在于，高温（150℃）会导致材料中的晶体拉伸变紧，从而促进形成黄色相。以往的报告中额外使用少量化学物质，以在这些条件下帮助形成FAPbI3。然而，在大规模制造太阳能电池时，很难控制这些添加剂的均匀性和数量，而且加入这些添加剂所产生的长期影响尚不清楚。

此项研究中提出的新方法是，在更低的温度下（100℃），将FAPbI3薄膜暴露在含混合溶剂的气溶胶中。研究人员发现，只需一分钟，就可以形成非常稳定的黑色相FAPbI3。相比之下，其他方法大约需要20分钟。另外，降低温度有助于使材料中的晶体“放松”。研究人员表示，比起其他常用的基于甲铵的混合钙钛矿，采用纯甲脒钙钛矿，有望生产出更高效、更稳定的钙钛矿太阳能电池。该工艺易于扩大规模，这对其商业化具有重要意义。

这项研究展示了一种新的、更有效的方法，可以制造纯净和稳定的黑色甲脒钙钛矿FAPbI3。这种工艺采用“倒置”钙钛矿太阳能电池结构，并且退火温度较低，因此非常适合在塑料上制造柔性太阳能电池，有望获得广泛应用，例如服装和汽车。