近日，清華大學(xué)電機(jī)系易陳誼課題組采用真空熱蒸發(fā)鍍膜與傳統(tǒng)溶液法相結(jié)合的工藝制備高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，突破了目前無甲胺銫甲脒鉛鹵鈣鈦礦（銫甲脒鈣鈦礦）太陽(yáng)能電池效率的最高記錄。

與含有甲胺的鈣鈦礦相比，無甲胺的銫甲脒鈣鈦礦具有合適的帶隙和更強(qiáng)的穩(wěn)定性，是理想的光電、光伏材料。然而由于銫甲脒鈣鈦礦結(jié)晶過程和薄膜形貌難以控制等原因，導(dǎo)致銫甲脒體系鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率明顯落后于含有甲胺的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。針對(duì)此問題，課題組通過引入真空熱蒸發(fā)鍍膜制備碘甲脒（FAI）與傳統(tǒng)的溶液制備鹵化鉛前驅(qū)體相結(jié)合（圖1），制備出了光滑且均勻的銫甲脒鈣鈦礦薄膜。

與傳統(tǒng)溶液法相比，真空熱蒸發(fā)工藝能夠制備出厚度可控且始終均勻的碘甲脒（FAI）薄膜，從而促進(jìn)后續(xù)的FAI與鹵化鉛之間的化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，形成結(jié)構(gòu)缺陷更少、電學(xué)性能更優(yōu)異的鈣鈦礦薄膜；在此基礎(chǔ)上，通過在鹵化鉛前驅(qū)體中加入合適比例的氯化鉛，還可以增大晶粒尺寸和結(jié)晶性，從而進(jìn)一步增強(qiáng)銫甲脒鈣鈦礦薄膜質(zhì)量。

通過該方法制備的太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出了優(yōu)異光電性能，在AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)光照下取得了最高24.1%（認(rèn)證效率23.9%）的光電轉(zhuǎn)換效率（圖2），這是至今為止報(bào)道的無甲胺銫甲脒鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的最高記錄。與傳統(tǒng)全溶液法制備的銫甲脒鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比，該方法制備的器件表現(xiàn)出了更加優(yōu)異的長(zhǎng)期光穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和濕度穩(wěn)定性。未封裝的蒸鍍太陽(yáng)能電池在干燥空氣中放置20000小時(shí)之后仍保持了95%的初始光電轉(zhuǎn)換效率。此外，該方法適用于大面積電池制備，通過該方法，課題組在1cm2太陽(yáng)能電池取得了22.8%的光電轉(zhuǎn)換效率。

這種引入真空熱蒸發(fā)制備銫甲脒鈣鈦礦的工藝對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的容忍度很高，在~50%相對(duì)濕度的夏天仍然能夠制備出性能優(yōu)良的器件，且具有良好的可重復(fù)性，非常適用于工業(yè)化生產(chǎn)。這項(xiàng)工作展示了真空熱蒸發(fā)鍍膜工藝在制備高度均勻鈣鈦礦薄膜方面的優(yōu)越性和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的可行性。

上述成果以“效率超過24%的無甲胺CsxFA1-xPbX3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池”（Over 24% efficient MA-free CsxFA1-xPbX3perovskite solar cells）為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《焦耳》（Joule）上。論文共同第一作者為電機(jī)系科研助理王思洋、2019級(jí)博士生譚理國(guó)、2018級(jí)博士生周俊杰，通訊作者為易陳誼副教授，合作者包括國(guó)家納米科學(xué)中心丁黎明研究員，瑞士蘇黎世應(yīng)用科技大學(xué)沃爾夫?qū)ぬ乩姿梗╓olfgang Tress）博士和瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)邁克爾·格蘭澤爾（Michael Graetzel）教授等。工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主科研項(xiàng)目、國(guó)家電網(wǎng)國(guó)能生物科研項(xiàng)目基金的支持。該課題組依托電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，長(zhǎng)期致力于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料、制備工藝與能源存儲(chǔ)一體化的全鏈條研究開發(fā)工作。（來源：清華大學(xué)）