

相較于旋涂法,刮涂法制備的鈣鈦礦薄膜通常形貌較差,影響太陽能模塊(PSM)的效率和穩定性。為此,中科院化學所團隊在鈣鈦礦前驅體中引入聚合物添加劑,定制橢圓膠體結構(在實驗中使用了雷博科儀的PF200原位刮涂設備),成果發表于《Advanced Materials》。



PF200(原位刮涂)設備:
一種可以用于同步輻射原位觀測平臺的微型涂膜器,推桿可吸附硅片或其他形式刀頭進行涂膜,涂膜高度可調。

a) 鈣鈦礦薄膜刀片涂覆工藝的示意圖。
b) 濕膜中橢圓球形膠體和 c) 球形膠體的堆疊示意圖及相應的鈣鈦礦薄膜。
d) 橢圓球形膠體和 e) 球形膠體鈣鈦礦前驅液的 SAXS 光譜。
f) 橢圓球形膠體前驅液和 g) 球形膠體前驅液涂覆的鈣鈦礦薄膜形成過程的原位 GIWAXS 光譜。
h) 橢圓球形膠體前驅液涂覆的鈣鈦礦薄膜和 i) 球形膠體前驅液涂覆的鈣鈦礦薄膜的 (110) 面相關方位角演變,由原位 GIWAXS 光譜積分得到。
j) 橢圓球形膠體前驅液和 k) 球形膠體前驅液涂覆的鈣鈦礦薄膜經過熱退火后的 2D-GIWAXS 圖案。

a) 刀片涂覆過程中平均晶粒尺寸的演變。
b) 鈣鈦礦成核和生長模型的 LaMer 示意圖。
c) 鈣鈦礦前驅液中的 DLS 直徑。
d) 基于不同聚合物濃度的刀片涂覆鈣鈦礦薄膜的 PSCs 的 PCE。
e) 不同聚合物濃度鈣鈦礦薄膜的 (100) 散射特征的方位角積分。
f) 球形膠體前驅液和 g) 橢圓球形膠體前驅液涂覆的鈣鈦礦薄膜的橫截面 SEM 圖像。
h) 球形膠體、i) 橢圓球形膠體和 j) 過大橢圓球形膠體的膠體沉積模擬。

a) 由橢圓球形膠體和球形膠體前驅液涂覆的鈣鈦礦薄膜的紫外-可見光和 PL 光譜。
b) 由橢圓球形膠體和球形膠體前驅液涂覆的鈣鈦礦薄膜的 TRPL 光譜。
c) 用于 SCLC 分析的由橢圓球形膠體和球形膠體前驅液涂覆的鈣鈦礦薄膜的空穴-only 和 d) 電子-only 二極管的暗 J-V 特性。

a) 刀片涂覆的 PSC 的橫截面 SEM 圖像。
b) PSC 的 J-V 特性。
c) EQE 光譜。
d) PSC 在 MPP 處的穩態光電流和效率。
e) PSM 的光學照片。
f) PSM 的 J-V 特性。
g) PSM 的存儲穩定性。
h) PSM 的 MPP 跟蹤穩定性。
薄膜形貌優化后,器件性能顯著提升:0.09 cm2 PSC效率24.31%,13.94 cm2 PSM認證效率21.37%,且600小時工作后保持89%初始效率。