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華科大陳煒組AEM：溶劑工程助力高效穩定甲脒銫基鈣鈦礦太陽能模組規模化發展

發表時間：2025-04-18 09:30

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主要內容

展示大面積鈣鈦礦太陽能電池模塊（PSMs）的高效率與穩定性，對于推動這一創新光伏技術的產業化至關重要。近年來，鈣鈦礦太陽能電池憑借其高光電轉換效率、低成本等優勢，被視為**潛力的下一代光伏技術。然而，目前其產業化進程仍面臨諸多挑戰，其中大面積鈣鈦礦薄膜的可控制備難題尤為突出，這嚴重制約了鈣鈦礦太陽能電池模塊的效率提升和穩定性增強。

華中科技大學武漢光電國家研究中心陳煒教授、劉宗豪教授與中國華能集團有限公司帶領其團隊在此領域取得重要成果。該團隊深入探究了一種由2-methoxyethanol（2ME）、N,N-dimethylformamide（DMF）和N-methyl-2-pyrrolidone（NMP）組成的三元溶劑體系，以精細調控formamidinium cesium（FACs）鈣鈦礦前驅體溶液的溶解度、揮發性和配位特性。

首先，采用2ME和DMF來調節溶液的揮發性及其對Pb2?離子的配位作用，進而控制鈣鈦礦的成核速率。盡管N,N-dimethylformamide（DMF）揮發性較低，但其具有中性配位能力，能夠高效溶解前驅體溶質。接著，添加揮發性更強的2-methoxyethanol（2ME）加速濕膜中溶劑的揮發。

然后，引入NMP作為螯合劑，少量非揮發性且配位能力強的N-methyl-2-pyrrolidone（NMP）可促進薄膜內中間相晶核的生成。這里提到的“準穩定中間相”可延長溶液涂布的工藝時間窗口，并有利于后續退火過程中的晶體生長。

為了驗證三溶劑體系的優越性，我們將其與傳統的二元溶劑體系（如僅含DMF和2ME的體系）進行了對比實驗。結果表明，采用三溶劑體系制備的鈣鈦礦薄膜具有更大的晶粒尺寸、更低的缺陷密度。

本研究采用N? - 刀片輔助刮刀涂布技術，設置涂布速度為[X] cm/s，刮刀角度為[X]度，N?氣流速為[X] L/min，以規模化制備高質量FACs基鈣鈦礦薄膜。通過上述對三溶劑體系各成分作用的詳細探究以及規模化制備研究，他們取得了令人矚目的成果。優化后的溶劑協同作用，有助于制備出具有大晶粒尺寸、低缺陷密度和高均勻性的大面積FACs基鈣鈦礦薄膜。

基于單一NiO空穴傳輸層的所得反式PSMs，在有效面積分別為100.15 cm2和2123.18 cm2時，分別實現了18.73%和14.62%的認證效率。此外，封裝后的微型電池模塊和子電池模塊在1個和0.5個太陽當量的白光照射下老化1000小時后，在**功率跟蹤條件下，分別保持了初始效率的97.2%和95.8%。

這些結果不僅充分反映了三溶劑工程在大規模生產高性能PSM中的可擴展性和應用潛力，更為鈣鈦礦太陽能電池的產業化發展提供了關鍵技術支持，有望加速其商業化進程。同時，這些高性能的大面積FACs基鈣鈦礦薄膜還在柔性太陽能電池、可穿戴電子設備等領域展現出廣闊的應用前景，為未來能源解決方案提供了新的思路。

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文獻信息：

Solvent Engineering for Scalable Fabrication of High-Quality Formamidinium Cesium-Based Perovskite Films Toward Highly Efficient and Stable Solar Modules

Zhaoyi Jiang, Fumeng Ren, Qisen Zhou, Binkai Wang, Zhenxing Sun, Mengjie Li, Zhiguo Zhao, Zonghao Liu, Wei Chen

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202500598