2021年7月3日，中山大學(xué)吳武強(qiáng)教授、美國北卡羅來納大學(xué)教堂山分校黃勁松教授等人在Materials Today刊發(fā)表一篇綜述，題目為‘Perovskite crystals redissolution strategy for affordable, reproducible, efficient and stable perovskite photovoltaics’，總結(jié)出一種低成本、可重復(fù)性高、高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池路徑：將鈣鈦礦晶體再溶解制備成器件1。
鈣鈦礦商業(yè)化的重要因素之一就是成本，這本綜述強(qiáng)調(diào)：將鈣鈦礦晶體重新溶解后來制備鈣鈦礦器件，不僅效率高，而且成本低！
如下圖1所示，鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展極其迅速，十年多時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了25.6%的效率。最近幾年高效率的電池用的都是‘magnetic stirring’，也就是先用攪拌的方法獲得鈣鈦礦晶體，然后將這種晶體重新溶解來制備薄膜，看似多此一舉，但這種方法具有前所未有的優(yōu)勢(shì)！
晶體質(zhì)量高
傳統(tǒng)鈣鈦礦薄膜的制備方法：將兩種原料AX和BX2溶解在溶液中，然后反應(yīng)生成鈣鈦礦ABX3；而重新溶解晶體的方法是先獲得ABX3晶體，然后再溶解為前驅(qū)液來制備鈣鈦礦薄膜。如下圖2所示，傳統(tǒng)方法的原料配位不均勻，最后獲得的晶體存在多種結(jié)構(gòu)，有些原料PbI2的形狀會(huì)被保留，說明結(jié)晶的不均勻性；而再溶解方法的前驅(qū)體分布均勻，和溶劑的配位良好，因此結(jié)晶得到的鈣鈦礦薄膜質(zhì)量高、均勻且沒有偏析。
除了鉛鈣鈦礦的前驅(qū)液會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，錫鈣鈦礦中這種現(xiàn)象更加明顯。如下圖3，當(dāng)用傳統(tǒng)的SnI2+FAI來制備前驅(qū)液，吸收光譜明顯弱于用晶體重新溶解的方法，并且重新溶解的方法的吸收截止邊位置更加接近FASnI3鈣鈦礦相。
圖3.不同制備方法的錫鈣鈦礦前驅(qū)液吸收光譜和示意圖
重新結(jié)晶的方法非常優(yōu)異，那么在使用這種方法之前需要獲得鈣鈦礦的晶體，本文也總結(jié)了不同鈣鈦礦晶體生長的方法。如下圖4所示，鈣鈦礦晶體的生長分為機(jī)械球磨法和化學(xué)法制備。球磨法比較簡(jiǎn)單，將原料放置在球磨罐中即可，無需使用溶劑。化學(xué)法制備的工藝多種多樣，包括升溫法、降溫法、反溶劑法等等。
圖4. 機(jī)械球磨法和化學(xué)法制備鈣鈦礦晶體
經(jīng)過多年的發(fā)展，科研工作者對(duì)鈣鈦礦的生長已經(jīng)非常有經(jīng)驗(yàn)，不同鈣鈦礦組分適合的生長工藝不同。如下圖5，這篇文章總結(jié)了不同制備工藝的優(yōu)劣勢(shì)，為工業(yè)化生產(chǎn)提供借鑒。
成本低
如下圖6所示，傳統(tǒng)方法制備鈣鈦礦薄膜對(duì)原料的要求極高，需要99.999%甚至更高的原料純度；而晶體再溶解的方法對(duì)原料要求不高，低級(jí)別的原料也能生長出高質(zhì)量的晶體，然后用這些高質(zhì)量晶體再溶解來制備高質(zhì)量薄膜，節(jié)約了大量的成本！具體的，傳統(tǒng)方法制備的鈣鈦礦電池需要3724.45美元/m2，而晶體再溶解的方法只需要100.25美元/m2。
制備出鈣鈦礦晶體，再溶解晶體來制備器件，看似多此一舉，其實(shí)是一種經(jīng)濟(jì)、高效、可重復(fù)的方法。
W. Feng et al., Perovskite crystals redissolution strategy for affordable, reproducible, efficient and?stable perovskite photovoltaics,?Materials Today, (2021), https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.05.020
原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/30/ce9c1c7e00/
-透明背底.png)