“成熟”方法可产生高效钙钛矿太阳能电池

奥斯特瓦尔德·里普林宁听起来像是DC Comics的反派，但它是一种常见的晶体生长方法，可能成为钙钛矿太阳能电池领域的英雄。国家可再生能源实验室的研究团队与中国上海交通大学一起研究，证明了可以利用Ostwald方法制造具有更高稳定性，更少缺陷和更高效率的钙钛矿型太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池：艺术，科学相遇

这项新的研究意义重大，因为钙钛矿正在成为太阳能电池用硅的低成本，高效替代品。它们的晶体结构基于天然存在的钙钛矿矿物，可以相对容易地合成。

但是，“轻松”部分有点误导。钙钛矿在实验室中创建起来非常简单，但是它们带有内置缺陷，这些缺陷会降低效率并限制太阳能电池的寿命。

那是因为传统的钙钛矿胶片是通过一步法“生长”的，一步法可以带来很多出错的机会。正如NREL所描述的那样，该过程与科学一样多。

一步法包括使前体化学物质的溶液结合，然后添加抗溶剂以开始形成晶体。这样做的好处是速度快，并且在室温下可以节省能源。不利之处在于添加抗溶剂的窗口相对狭窄：

由于钙钛矿形成过程中涉及的一般复杂过程，由于适当添加抗溶剂的时间窗口非常狭窄，因此制造高品质钙钛矿薄膜的工艺已成为一种艺术。这可能是造成某些再现性问题的原因，尤其是不同组之间的差异很大。

因此，错过那个窗口，您的钙钛矿薄膜会生长出缺陷，从而抑制效率并限制稳定性。缺陷包括间隙，不同的晶体尺寸（包括一些不希望有的小晶体）和针孔，所有这些都会破坏钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。

非Artsy钙钛矿太阳能电池

新的钙钛矿太阳能电池研究消除了猜测或艺术（视情况而定）的过程。

这就是Ostwald熟化的地方。松散地说，Ostwald熟化是指溶解小晶体并将其重新沉积到较大的晶体上。当应用于钙钛矿太阳能电池时，它可以用于平滑或修复有缺陷的钙钛矿薄膜。

这是研究团队的精彩回顾：

随着奥斯特瓦尔德（Ostwald）熟化工艺的发展，具有不同薄膜质量的不同尺寸的纳米晶体可以成长为具有相似大晶体尺寸的无针孔钙钛矿薄膜……因此，这种新的化学方法提高了初始钙钛矿薄膜质量的加工耐受性，并提高了可重复性。设备制造。

棘手的部分是启动该过程。显然，研究团队很早就意识到，用甲基溴化铵（MABr）溶液处理该膜是有效的，但是在确定确切比例之前需要经过反复试验：

…[Ostwald的成熟过程]受MABr浓度的强烈影响，当用甲基碘化碘代替MABr时无效。较高的MABr浓度会增强I-Br阴离子交换反应，从而导致较差的器件性能。

夏洛克·福尔摩斯（Sherlock Holmes）的球迷会失望地知道理想比例不是7％。它仅为0.2％，即每毫升两毫克。

至于结果，团队使用的未经处理的太阳能电池的效率为14％至17％。进行MABr浴后，效率提高到19％。

这与去年春天瑞士EPFL创下21.1％的钙钛矿太阳能电池记录相去甚远，但这是一个良好的开端（据记录，EPFL还在努力降低钙钛矿太阳能电池的成本）。

研究团队指出，虽然在某些实验室中常规钙钛矿太阳能电池的范围达到了18％至20％，但更典型的是，结果徘徊在15％至16％左右。

研究团队预计，微调奥斯特瓦尔德（Ostwald）战略将产生更好的结果。

您可以从《自然》杂志上获得有关这项新研究的全部详细信息，标题为“通过CH3NH3Br选择性奥斯特瓦尔德（Ostwald）熟化，轻松制造用于高效太阳能电池的大颗粒CH3NH3PbI3-xBrx薄膜”。

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图像（裁剪）：通过NREL。