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　　近(jin)日，清華大學電(dian)機系易陳(chen)誼課題組采用(yong)真(zhen)空熱蒸發鍍膜與(yu)傳統(tong)溶(rong)液法(fa)相結合的(de)工(gong)藝制備高質(zhi)量鈣(gai)鈦礦(kuang)薄膜，突破了(le)目前無甲胺銫甲脒(mi)鉛鹵鈣(gai)鈦礦(kuang)（銫甲脒(mi)鈣(gai)鈦礦(kuang)）太(tai)陽能電(dian)池效率的(de)最高記錄。

　　與含有(you)甲(jia)胺(an)的(de)(de)(de)(de)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)相比(bi)，無(wu)甲(jia)胺(an)的(de)(de)(de)(de)銫(se)甲(jia)脒(mi)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)具有(you)合(he)適(shi)的(de)(de)(de)(de)帶隙(xi)和更強的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性，是理(li)想的(de)(de)(de)(de)光電、光伏材(cai)料。然而由于銫(se)甲(jia)脒(mi)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)結晶過程和薄膜(mo)形貌難以控制(zhi)等原因，導(dao)致銫(se)甲(jia)脒(mi)體系鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)太(tai)陽能電池的(de)(de)(de)(de)光電轉換效率明(ming)顯落后于含有(you)甲(jia)胺(an)的(de)(de)(de)(de)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)太(tai)陽能電池。針對此問題，課題組通過引入真空熱(re)蒸發鍍膜(mo)制(zhi)備碘甲(jia)脒(mi)（FAI）與傳(chuan)統(tong)的(de)(de)(de)(de)溶液制(zhi)備鹵化鉛前驅(qu)體相結合(he)（圖1），制(zhi)備出了光滑(hua)且均勻(yun)的(de)(de)(de)(de)銫(se)甲(jia)脒(mi)鈣(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)薄膜(mo)。

蒸鍍法(fa)制(zhi)備CsxFA1-xPbX3鈣鈦礦(kuang)流(liu)程示意圖

基于不同方法制備的CsxFA1-xPbX3鈣鈦礦(kuang)薄膜的太陽(yang)能(neng)電池效率(lv)

（黑色為(wei)傳統溶(rong)液(ye)法，藍色為(wei)溶(rong)液(ye)+蒸(zheng)鍍(du)法，紅(hong)色為(wei)在原(yuan)料(liao)中加(jia)PbCl2的溶(rong)液(ye)+蒸(zheng)鍍(du)法）

　　與傳(chuan)統溶(rong)液(ye)法相比，真空熱蒸發工藝能夠制(zhi)備(bei)出(chu)厚度(du)可控且始(shi)終均勻的碘甲脒(mi)（FAI）薄膜(mo)，從而促進后續的FAI與鹵化(hua)鉛(qian)(qian)之間的化(hua)學(xue)轉化(hua)反(fan)應，形成(cheng)結構缺(que)陷更(geng)(geng)少、電(dian)學(xue)性(xing)(xing)能更(geng)(geng)優異(yi)的鈣鈦礦薄膜(mo)；在此基礎上(shang)，通(tong)過(guo)在鹵化(hua)鉛(qian)(qian)前(qian)驅體(ti)中加入合適比例的氯(lv)化(hua)鉛(qian)(qian)，還可以(yi)增大晶粒尺寸和結晶性(xing)(xing)，從而進一步增強銫甲脒(mi)鈣鈦礦薄膜(mo)質(zhi)量。

　　通過該方(fang)法制備(bei)的(de)(de)(de)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)表(biao)現出了(le)優異(yi)光(guang)電(dian)性(xing)能(neng)(neng)(neng)，在AM1.5G標準光(guang)照下取得(de)了(le)最高(gao)24.1%（認證(zheng)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)23.9%）的(de)(de)(de)光(guang)電(dian)轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)（圖2），這(zhe)是至今(jin)為止報(bao)道的(de)(de)(de)無(wu)甲(jia)胺銫(se)甲(jia)脒(mi)鈣鈦礦(kuang)(kuang)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)最高(gao)記錄(lu)。與(yu)傳統全溶(rong)液法制備(bei)的(de)(de)(de)銫(se)甲(jia)脒(mi)鈣鈦礦(kuang)(kuang)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)相比，該方(fang)法制備(bei)的(de)(de)(de)器件表(biao)現出了(le)更加(jia)優異(yi)的(de)(de)(de)長期光(guang)穩(wen)定(ding)性(xing)、熱穩(wen)定(ding)性(xing)和濕度穩(wen)定(ding)性(xing)。未封裝的(de)(de)(de)蒸鍍太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)在干(gan)燥空氣中(zhong)放置(zhi)20000小時之后仍保持了(le)95%的(de)(de)(de)初始(shi)光(guang)電(dian)轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)。此外，該方(fang)法適用(yong)于大(da)面(mian)積電(dian)池(chi)制備(bei)，通過該方(fang)法，課題(ti)組(zu)在1cm2太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)取得(de)了(le)22.8%的(de)(de)(de)光(guang)電(dian)轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)。

　　這種引入真(zhen)空(kong)熱蒸發(fa)制(zhi)備(bei)銫甲脒鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)的(de)工(gong)藝(yi)對生產(chan)環境的(de)容忍度很高，在(zai)~50%相對濕度的(de)夏天(tian)仍然能夠制(zhi)備(bei)出(chu)性能優(you)良(liang)的(de)器件，且具有良(liang)好的(de)可(ke)重復性，非常適用于工(gong)業(ye)化(hua)(hua)生產(chan)。這項工(gong)作(zuo)展示(shi)了真(zhen)空(kong)熱蒸發(fa)鍍膜工(gong)藝(yi)在(zai)制(zhi)備(bei)高度均勻(yun)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)薄膜方面的(de)優(you)越性和產(chan)業(ye)化(hua)(hua)應用的(de)可(ke)行性。

　　上述(shu)成果以“效(xiao)率超過(guo)24%的無甲胺CsxFA1-xPbX3鈣鈦礦(kuang)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)”（Over 24% efficient MA-free CsxFA1-xPbX3perovskite solar cells）為題(ti)發表在國際學術期刊《焦耳》（Joule）上。論文共(gong)同第一作(zuo)者(zhe)(zhe)為電(dian)(dian)機系科(ke)研助(zhu)理王思洋、2019級博士生譚理國、2018級博士生周俊杰(jie)，通(tong)訊作(zuo)者(zhe)(zhe)為易(yi)陳誼副教授，合作(zuo)者(zhe)(zhe)包括國家(jia)納米科(ke)學中(zhong)心(xin)丁(ding)黎明研究員，瑞士蘇黎世應用科(ke)技大學沃爾(er)夫岡·特雷斯(si)（Wolfgang Tress）博士和瑞士洛桑聯邦理工(gong)大學邁克爾(er)·格蘭澤爾(er)（Michael Graetzel）教授等。工(gong)作(zuo)得(de)到(dao)了國家(jia)自(zi)然科(ke)學基金(jin)、電(dian)(dian)力系統國家(jia)重點實驗(yan)室自(zi)主科(ke)研項(xiang)目、國家(jia)電(dian)(dian)網國能(neng)(neng)(neng)生物科(ke)研項(xiang)目基金(jin)的支(zhi)持。該(gai)課題(ti)組依托電(dian)(dian)力系統國家(jia)重點實驗(yan)室平臺，長期致力于鈣鈦礦(kuang)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)的關鍵材料、制(zhi)備工(gong)藝與能(neng)(neng)(neng)源存儲一體(ti)化的全鏈(lian)條研究開發工(gong)作(zuo)。