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27%!告别DMSO!苏州大学彭军团队开发钙钛矿薄膜沉积新技术: 单溶剂低温真空闪蒸!

2025-11-13 16:10:26 来源：KE科日光伏网

(资料图片仅供参考)

高质量钙钛矿太阳能电池的实现需要具备低缺陷密度的高结晶度钙钛矿薄膜。本研究提出一种简单的单溶剂真空闪蒸(SSVF)方法，通过简化的单溶剂前驱体体系(如N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、γ-戊内酯)制备高质量钙钛矿薄膜。该方法通过构建低温真空环境对前驱体湿膜进行加工，实现了溶剂蒸发动力学的精准调控，最终形成高致密性、低缺陷密度的钙钛矿薄膜。

基于此方法制备的冠军器件实现了26.93%的光电转换效率，并获得26.78%的认证效率(稳态效率认证值26.39%)，该性能在所有真空闪蒸技术中位列最高效率梯队。得益于SSVF法制备的钙钛矿薄膜具有增强的相稳定性，所得电池表现出卓越的运行耐久性，在连续工作1000小时后仍能保持94%以上的初始效率。

器件制备

钙钛矿前驱体溶液制备：将碘化铯(0.075 M)、甲脒碘化盐(1.425 M)、氯化甲铵(0.3 M)、硫氰酸铅(0.015 M)和碘化铅(1.5 M)溶解于无水N,N-二甲基甲酰胺中制备钙钛矿前驱体溶液。对于混合溶剂体系，将相同前驱体溶于二甲亚砜与N,N-二甲基甲酰胺体积比1:4的二元溶剂中。两种溶液均搅拌6小时后经0.22微米聚四氟乙烯针式过滤器过滤待用。

p-i-n型钙钛矿太阳能电池制备：FTO衬底依次经洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗各20分钟，氮气吹干后紫外臭氧处理20分钟，随后转移至氮气手套箱。

在手套箱内，通过旋涂Me-4PACz与2PACz的乙醇溶液(0.5 mg/mL，质量比2:1)于FTO衬底形成空穴传输层(3000转/分，30秒)，100℃退火10分钟。

随后采用两步旋涂法沉积钙钛矿前驱体溶液(2000转/分10秒，随后5000转/分7秒，加速度1000转/分/秒)。旋涂结束后立即将衬底转移至自制真空闪蒸系统，-6℃冷却25秒后5秒内将腔室压力快速降至5帕以下并维持40秒。所得薄膜在100℃热板上退火60分钟，冷却至室温后旋涂异丙醇溶液(PI：0.3 mg/mL)于钙钛矿膜表面(4500转/分30秒)，100℃退火5分钟实现表面钝化。

通过热蒸发沉积20纳米C60层(速率0.2埃/秒)，随后采用原子层沉积系统以四(二甲氨基)锡和去离子水为前驱体在80℃下沉积20纳米氧化锡薄膜。最后通过热蒸发沉积140纳米银顶电极。稳定性测试器件在原子层沉积氧化锡与银电极间插入50纳米氧化铟锡层(射频磁控溅射功率120瓦，氩气流量20标准毫升/分钟，氧化铟锡靶材，压力2帕)。所有器件均在FTO衬底玻璃侧贴附减反射膜。

原文：https://doi.org/10.1039/D5EE05421D

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