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上海交大团队在钙钛矿太阳电池研究中取得新进展
最近，上海交通大学材料科学与工程学院的韩礼元教授（点击查看介绍）带领其研究团队在钙钛矿太阳电池领域取得了重要进展。该团队开发了一种新的高质量钙钛矿薄膜制备方法，其相关研究成果“Soft-cover deposition of scaling-up uniform perovskite thin films for high cost-performance solar cells”（DOI: 10.1039/C6EE01411A）以上海交通大学为第一单位发表于能源与环境领域的顶尖学术期刊《Energy & Environmental Science》(IF=25.427)。
钙钛矿太阳电池是极具潜力的新型低成本太阳电池，所实现的能量转化效率目前已经接近传统的硅电池。目前常用的钙钛矿薄膜制备方法包括传统的旋涂、刮涂、喷涂、真空蒸镀等方法，其中的旋涂法是最常用的高效率器件制备方法，但是其材料利用率只有1%，极大地浪费了原材料。虽然非旋涂的方法如刮涂法等可以大幅提高材料利用率，但是获得的电池效率偏低，其主要原因是这些方法难以有效控制液膜微观流体和微晶生长过程，导致薄膜内存在大量的微观缺陷。韩礼元教授研究团队利用毛细原理结合溶剂工程开发了一种可制备大面积高结晶质量钙钛矿薄膜的方法（上图）。该方法的优点包括材料利用率可提高到80%，所制备的钙钛矿薄膜具有更大的晶粒尺寸和更少的结构缺陷，薄膜厚度也容易调控（50 nm-2 um）。基于该方法制备的钙钛矿太阳电池器件获得了较高的能量转化效率，单元电池效率达到17.6%，且具有高可重复性。该工作为高效率钙钛矿太阳电池的大规模生产提供了新途径，极具应用前景，同时也为制备其它薄膜材料提供了新的思路。
韩礼元教授研究团队同时开发了一项利用快速结晶、无需加热过程的溶剂工程方法（下图）。该方法的优点包括有有效提升钙钛矿晶粒的大小，同时提高载流子寿命。该方法有利于大面积高质量钙钛矿薄膜的制备，其相关成果“Annealing-free perovskite films by instant crystallization for efficient solar cells”（DOI: 10.1039/c6ta02490d）发表于《J. Mater. Chem. A》（IF:8.262）上。
上述研究获得国家自然科学基金委等的资助。
论文1
作者：Fei Ye, Han Chen, Fengxian Xie, Wentao Tang, Maoshu Yin, Jinjin He, Enbing Bi, Yanbo Wang, Xudong Yang, Liyuan Han
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/EE/C6EE01411A
Soft-cover deposition of scaling-up uniform perovskite thin films for high cost-performance solar cells
Energy Environ. Sci., 2016, 9, 2295-2301, DOI: 10.1039/C6EE01411A
论文2
作者：Maoshu Yin, Fengxian Xie, Han Chen, Xudong Yang, Fei Ye, Enbing Bi, Yongzhen Wu, Molang Ca, Liyuan Han
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TA/C6TA02490D
Annealing-free perovskite films by instant crystallization for efficient solar cells
J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 8548-8553, DOI: 10.1039/C6TA02490D