通过湿膜技术实现钙钛矿/硅串联太阳能电池的可扩展环境制造

《Joule》：Scalable ambient fabrication of perovskite/silicon tandem solar cells via wet-film intervention

钙钛矿/硅串联电池通过nBASCN湿膜干预实现环境友好结晶调控，在潮湿条件下抑制表面分解，小面积效率达30.71%（认证30.51%），大面积16cm2效率29.09%，突破量产环境制程效率极限。

　　

背景与规模

单片式双端钙钛矿/硅串联太阳能电池已成为低成本、高效率光伏技术的领先者，在工业规模应用方面展现出巨大潜力。可扩展制造宽禁带钙钛矿顶层电池对于推进其商业化至关重要。混合蒸发-溶液顺序沉积技术因其与工业纹理硅基板的兼容性以及在常温和无毒溶剂条件下实现低成本、可扩展制造的固有优势，成为工业化最具前景的技术途径之一。然而，环境中的湿气对高性能钙钛矿太阳能器件的制造构成了重大挑战，因为这会导致结晶过程失控并加剧钙钛矿的分解。

在此研究中，我们探讨了各种添加剂在环境湿度下对钙钛矿结晶行为的影响，并创新了一种湿膜干预策略，利用双功能丁基铵硫氰酸盐（nBASCN）来实现对环境处理后钙钛矿结晶的精确调控，从而减轻湿气的不利影响。结果表明，小面积（1.1664平方厘米）串联器件的光电转换效率（PCE）达到了30.71%（认证值为30.51%），大面积（16平方厘米）串联器件的PCE为29.09%。这一策略降低了器件制造过程中的湿度控制要求，为高效串联太阳能电池的常规模产提供了实用途径，促进了其商业可行性。

亮点

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可扩展的环境条件下的钙钛矿/硅串联太阳能电池制造

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使用nBASCN湿膜干预实现结晶控制与降解抑制

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经环境处理后的串联器件，认证PCE达到30.5%

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槽式涂布的大面积（16平方厘米）串联器件PCE超过29%

总结

在常温和无毒溶剂条件下可扩展制造宽禁带钙钛矿子电池，是实现钙钛矿/硅串联光伏商业化的基础。然而，不受控制的环境湿度会导致结晶过程失控并引发不可逆的表面分解。为了解决这一问题，我们创新了一种使用双功能丁基铵硫氰酸盐（nBASCN）的湿膜干预策略，以调控钙钛矿结晶并减轻湿气的影响。通过将SCN^?策略性地引入湿膜中，我们实现了均匀的二次晶粒生长，提高了结晶度和晶粒尺寸，同时将结晶过程与环境湿度分离。经过优化设计的nBA⁺阳离子在保持材料疏水性的同时，通过SCN^?辅助结晶，构建了一个自挥发的二维疏水屏障，有效抑制了由湿气引起的表面降解，且不会影响电荷传输。最终，我们实现了1.1664平方厘米钙钛矿/硅串联器件的30.71%（认证值30.51%）的高效率，以及16平方厘米大面积器件的29.09%的效率，这代表了在常空气条件下通过可扩展制造方式获得的最高效率。

图形摘要