钙钛矿太阳能电池的产业化优势与挑战、制备流程与优化

　　近年来，钙钛矿太阳能电池（PSC）光电转化效率攀升十分迅速，已达26.1%，并且相关科学研究渐趋成熟，钙钛矿太阳能电池具备了产业化的条件。

　　钙钛矿太阳能电池效率发展十分迅速，已接近单晶硅电池效率。这源自其简单的制备工艺，廉价且丰富的原材料储备，以及低能耗、低成本的生产优势，其产业化是实现社会低碳化发展的必然要求。

　　钙钛矿太阳能电池产业化核心难点在于钙钛矿膜本身的放大，面积越大膜内的缺陷越多，膜的均匀性越难调控；此外，产业化制备所使用的激光划线技术会产生死区，这是光伏组件功率损失的主要的来源。研究者们已经通过各种方式克服这些挑战，以实现钙钛矿材料在太阳能电池和其他领域的大规模商业化应用。

　　在此背景下，为了提高钙钛矿太阳能电池的可制造性，香港城市大学朱宗龙联合美国国家可再生能源实验室Joseph M. Luther团队开发了一种自组装单层薄膜（SAM）一步策略制备高效的倒置PSC，在钙钛矿膜加工过程中将各种分子直接引入钙钛矿前体溶液中，这些分子在ITO基板上作为SAM自行组装，与空穴形成良好的层间接触。

　　这些设备通过钝化钙钛矿表/界面缺陷并增加触点来完成，结构为玻璃/ITO/钙钛矿/钝化剂/C60/bathocuproine（BCP）/Ag的倒置PSC，器件效率为24.5%，在持续照明下可稳定运行超过1200h。该方法与不同的分子、钙钛矿成分、溶剂系统和涂层方法兼容。（Nature Energy , 2023, 8, 462–472）

　　首先，通常是选择氟掺杂锡氧化物(FTO)用作导电玻璃基底；FA钙钛矿因其黑相稳定性，尤其在热稳方面具有更好的产业优势。

　　在钙钛矿太阳电池制备中，对激光设备的精度要求较高，主要用于P1、P2、P3激光划线激光清边，切割过程中要保证不伤及FTO基底且需最小化死区面积。

　　狭缝涂布硬件核心在于狭缝涂布头的耐腐蚀性、狭缝精度及油墨流动控制。狭缝涂布可以在不同类型的基底上进行，包括玻璃、金属、柔性基底等。这种制备方法适用于多种应用场景，尤其是在制备柔性太阳能电池时更具优势。

　　涂布后的薄膜需要烘干处理(风刀/加热/闪灯等)，也是产业制备电池效率的重要影响因素。目前，风刀角度、辊筒的温度、辊筒的转速等都需要根据实际情况进行调试。

　　第一种封装技术是使用蒸发金属喷射器和焊接金属带将电流从电池传导到外部，并将金属带的边缘密封，器件位于封闭空腔中心。

　　第二种封装技术是利用透明的FTO电极将钙钛矿与金属电极分离，确保电极与PSCs之间有一定的横向间隙，封装的一边直接是FTO电极，进而可以更好的密封整个器件。这两种都是“封边”式封装技术。

　　澳大利亚先进光电中心的石磊博士和悉尼大学Anita Ho-Baillie 教授等人利用气相色谱质谱联用技术研究发现：聚合物-玻璃“毯盖”式封装技术能够形成绝对密闭的体系，极大提高了钙钛矿太阳能电池的工作寿命，在IEC 61215:2016标准测试条件下工作4000h后效率仍旧保持在95%以上，通过气相色谱质谱联用技术检测发现，绝对密闭的封装能够有效防止各种分解产生的气体分子的扩散，维持了体系的平衡，并且残留的蒸汽能够在夜间促进钙钛矿的再生，钙钛矿的再生的过程延长了电池的循环使用寿命。（Science, 2020, 368, 6497）