清華大學電機系易陳誼團隊透過開發可適用於柔性襯底的化學水浴制備二氧化錫（SnO2）電子傳輸層工藝實作了25.09%（認證效率為24.90%）的柔性鈣鈦礦太陽能電池的世界最高效率紀錄。
柔性鈣鈦礦太陽能電池（FPSCs）因其輕薄、高功率質素比、可彎折賦型等獨特優勢而備受關註。然而，FPSCs的加工過程和使用過程都會受外力和形變的影響，並且柔性襯底常使用的PET等襯底很難長時間耐受超過150 oC以上的高溫，因此其表面很難沈積需要進行高溫後處理的FTO等導電薄膜，只能使用ITO等材料。而ITO容易在較低pH條件下被強酸所腐蝕，導致很難用傳統的SnCl2添加鹽酸的化學水浴法（最低pH約為1）在該柔性襯底上制備高質素的SnO2電子傳輸層薄膜。因此，目前柔性鈣鈦礦太陽能電池效率仍然顯著低於剛性器件。
柔性器件結構圖及其實物以及基於化學水浴制備的柔性鈣鈦礦電池效率測試曲線
為解決這些問題，清華大學易陳誼團隊開發了一種高質素SnO2電子傳輸層的制備新工藝。透過使用SnSO4取代常規的SnCl2作為錫源，能夠在不添加強酸，恒定pH條件下可控生長制備SnO2薄膜，從而使其適用於對酸敏感的柔性ITO襯底。基於溫和且可控的生長環境獲得了覆蓋均勻的致密SnO2薄膜，並且利用該薄膜實作了25.09%（認證效率為24.90%）光電轉換效率（PCE）的FPSCs，該效率為目前報道的柔性鈣鈦礦太陽能電池的世界最高效率紀錄。
柔性鈣鈦礦太陽能電池最高效率的進展以及使用SnCl2和SnSO4在柔性基板上制備SnO2膜的差異
柔性鈣鈦礦電池截面SEM圖和效能測試結果
基於SnSO4的FPSCs在耐久性方面表現出色，經過10000次彎曲迴圈後，仍能保持其初始光電轉換效率的90%以上；測試表明基於SnSO4（與SnCl2相比)制備的SnO2為電子傳輸層的鈣鈦礦電池具有更好的熱穩定性。這可歸因於硫酸錫基SnO2上的SO42-與Pb2+之間的強相互作用，可減少界面缺陷，提高鈣鈦礦器件的熱穩定性。此外，新工藝這SnO2的可控生長不僅確保了化學水浴過程的優異再現性，還使得化學浴能夠重復使用，不僅可節省原材料，還可減少該過程對環境的影響。
相關研究成果以「透過SnO2的可控生長實作25%效率的柔性鈣鈦礦太陽能電池」（25%-Efficiency Flexible Perovskite Solar Cells Via Controllable Growth of SnO2）為題，於3月22日發表於【電力能源匯刊（英文）】（iEnergy）。
清華大學電機系博士後任寧宇、2021級博士生譚理國和李明昊為論文共同第一作者，易陳誼為論文通訊作者。
本文來源：清華大學電機系
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