Newport太阳光模拟器应用于全喷涂三层阳离子钙钛矿太阳能电池

【概述】

自从2009年关于钙钛矿太阳能电池(PSCs)的Z初报道以来，这种设备的功率转换效率(PCEs)已经从3.8%上升到25.2%。钙钛矿具有许多特性，使其成为太阳能电池应用的诱人材料，包括有效的光吸收，可调谐带隙，长电荷载流子寿命和高缺陷容错性[1]。然而，从溶液中沉积钙钛矿膜的相对容易引起了ZD的兴趣，因为这可能使大批量生产低成本和低温的光伏组件成为可能。这将使商用模块的能源回收期大大缩短到不到半年[2]。为了使这成为现实，有必要证明钙钛矿太阳能电池可以制造使用工业相容的涂层技术。

目前大多数钙钛矿设备优化使用旋转涂层方法制备，这种方法简单可靠，能够生产高度均匀的薄膜[3]。然而，旋涂通常只适用于在面积小的基板上涂覆(平方厘米范围内)，而不适用于平方米范围内。旋转涂层也是一种浪费涂布过程，因为大部分的油墨是在涂布过程中从基材中被抛出。因此，人们加大了对可扩展沉积技术的研究力度，如刀片涂层、槽模涂层、喷墨打印和喷涂。

本文报道了利用超声喷涂技术沉积钙钛矿光伏器件并对其部分放大。喷涂是一个有吸引力的技术，为大规模生产，因为它允许大面积高速涂覆在小面积涂层上。与常规孔型喷涂布机不同，超声波喷涂布机利用压电换能器将溶液剪切成微米大小的雾滴，其平均尺寸比传统的气刷设备制造的雾滴要小，这保证沉积更均匀的涂层[4]。

【实验/设备条件】本实验中用到Newport太阳光模拟器和量子效率测试系统。

Oriel Sol3A 太阳光模拟器采用单灯设计，满足全部 3A 级性能标准，而不影响其 1 个太阳光强输出功率。按照惯例，AAA 级的首字母代表光谱匹配度，第二个字母代表辐照均匀性，第三个字母代表时间稳定性。Sol3A 太阳光模拟器符合以下三个标准的 AAA 级认证：IEC 60904-9 版本 2 (2007)、JIS C 8912 和 ASTM E 927-05。

· AAA 级 CW 太阳光模拟器

·包括 IEC、ASTM 和 JIS 的 AAA 级校准 书

·输出光斑尺寸为 2x2、4x4、6x6、8x8 或 12x12 英寸

·输出太阳光 0.1 至 1.0 连续可调

·温度传感器和自锁系统可确保操作人员的安全

·超长寿命和高可靠性，可用于 7 x 24 小时的生产环境

【实验结果/结论】

  使用超声波喷涂依次沉积了氧化锡、三阳离子钙钛矿和金属氧化物薄膜，使我们能够在小面积基底上制造出具有较高转换效率(PCE)的钙钛矿太阳能电池。

实验表明：喷射沉积技术可迅速小面积衬底上，可创建一个有效有源面积为1.08 cm2、转换效率为12.7%的器件。这项工作 证明了喷涂能快速制造高 效低成本钙钛矿太阳能电池。这将推动钙钛矿太阳能电池在多领域的应用，具有里程碑式的科学意义。

参考文献：

[1]Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y. & Miyasaka, T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. J. Am. Chem. Soc. 131, 6050–6051 (2009).

[2]D’Innocenzo, V. et al. Excitons versus free charges in organo-lead tri-halide perovskites. Nat. Commun. 5, 3586 (2014).

[3]Egger, D. A. et al. What Remains Unexplained about the Properties of Halide Perovskites? Adv. Mater. 30, 1800691 (2018).

[4]David G. Lidzey, James E. Bishop. et al. Fully Spray-Coated Triple-Cation Perovskite Solar Cells. Nat. Res. 6610 (2020).

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