创新露天喷涂工艺:为倒置钙钛矿太阳能电池打造高效电子传输层

《Matter》:Open-air spray deposition of PCBM/BCP electron transport layer for inverted perovskite solar cells

【字体: 时间:2025年02月19日 来源:Matter 17.3

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  为解决钙钛矿太阳能电池大面积加工中电子传输层(ETL)在敏感钙钛矿层上难以可扩展沉积的问题,研究人员开展了露天喷涂 PCBM/BCP 电子传输层的研究。结果显示该工艺可实现高效沉积,降低 26% 制造成本,对钙钛矿太阳能电池技术发展意义重大。

  新兴的钙钛矿太阳能电池技术需要开发大面积加工方法,将旋涂的实验室规模基底转化为更大的尺寸规格。虽然存在多种钙钛矿层沉积方法,但在敏感的钙钛矿层上方可扩展地沉积电子传输层(ETL)仍具有挑战性,因为它很容易降解。在此,引入一种露天喷涂沉积工艺,可精确控制沉积超薄厚度的有机电子传输层。该喷涂工艺仅需简单设备,能高速在线运行,与工业制造兼容。技术经济分析表明,与传统的真空热蒸发相比,采用基于露天的喷涂工艺可显著节省制造成本。
亮点:

  • 以高线性速度露天喷涂薄膜,且不损坏底层。
  • 定制的溶剂体系借助近红外辐射促进快速干燥。
  • 对超薄薄膜进行多模态表征。
  • 与真空热蒸发相比,显著降低制造成本。

总结:
在空气中,以 9 米 / 分钟的线性速度,直接在钙钛矿顶部喷涂 [6,6]- 苯基 C61丁酸甲酯(PCBM)和浴铜灵(BCP)电子传输层。PCBM 前驱体墨水包含氯苯:氯仿 1:1 的二元混合物,优化了在钙钛矿表面的喷涂润湿性,使溶剂能快速蒸发。近红外加热模块额外提供快速固化(<5 秒),以形成光滑的大面积 PCBM 薄膜(约 20 cm2)。随后喷涂溶于异丙醇的 BCP 溶液,形成超薄(<5 nm)薄膜,并通过一系列高分辨率测量技术进行表征。喷涂沉积工艺和近红外处理不会损坏底层的钙钛矿。含有喷涂电子传输层的倒置结构器件,最高效率达到 20.3%,且在无需额外中间层或表面处理的情况下,性能稳定。将露天喷涂工艺的技术经济成本与传统的基于真空的蒸发进行对比,结果显示制造成本降低了 26%。

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