與通過旋涂法制備的小面積鈣鈦礦薄膜（需在惰性氣氛中經(jīng)歷長時間熱退火以實現(xiàn)完全結(jié)晶）不同，可印刷鈣鈦礦光伏器件面臨著晶體生長質(zhì)量與環(huán)境降解（受水和氧氣影響）之間的關(guān)鍵權(quán)衡。

日前，南昌大學(xué)陳義旺、胡笑添聯(lián)合廣安理工學(xué)院李鴻祥等人通過原位掠入射廣角X射線散射分析，揭示了熱處理過程中的四階段降解機制，并確定了一個123±18秒的無環(huán)境降解窗口，期間水和氧氣的影響可被有效抑制。激光退火（波長455納米，功率密度20瓦/平方厘米）提供的輻照強度比傳統(tǒng)熱處理方法（0.06瓦/平方厘米）高出兩個數(shù)量級，有效阻止了6H鈣鈦礦相的累積。該策略在100平方厘米的剛性模塊中實現(xiàn)了24.0%的功率轉(zhuǎn)換效率，在柔性模塊中則達到20.7%，標志著可擴展鈣鈦礦光伏技術(shù)的最高報道值。

相關(guān)文章以“Laser annealing enables rapid, degradation-free ambient processing of perovskite solar modules”為題發(fā)表在Science上。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx9650

總的來說，該研究開發(fā)了一種激光退火技術(shù)，用于在環(huán)境條件下對鈣鈦礦薄膜進行高質(zhì)量的后處理。這項技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速的能量輸入，并顯著提升鈣鈦礦器件的性能和穩(wěn)定性。與相同尺寸的傳統(tǒng)方法相比，認證PCE分別提高了3.0%和5.0%。該研究建立了一種適用于大面積光伏的高通量和可擴展的后處理策略，為高性能鈣鈦礦太陽能電池和模塊的工業(yè)化提供了一條具有商業(yè)可行性的路徑。通過實現(xiàn)在環(huán)境條件下的高效制造，激光退火過程代表了鈣鈦礦太陽能技術(shù)廣泛部署的變革性進步。

圖1 環(huán)境條件下熱退火的局限性

圖2 在環(huán)境條件下修復(fù)鈣鈦礦薄膜和器件缺陷

圖3 器件光電性能及穩(wěn)定性

本文來自“材料科學(xué)與工程”公眾號整理。