中科院青岛能源所在大面积钙钛矿薄膜制备方面获进展

中国科学院青岛生物能源与过程研究所青岛储能产业技术研究院研究员逄淑平课题组在钙钛矿大规模制备工艺开发方面取得了突破性进展。

有机-无机钙钛矿太阳能电池的光-电转换效率达到22.1%，已超过非晶硅太阳能电池，电池的稳定性不断改善，但钙钛矿太阳能电池从单电池走向组件的核心瓶颈问题是如何制备高质量大面积的钙钛矿薄膜。

逄淑平课题组以解决钙钛矿太阳能电池应用所面临的关键问题为导向，基于甲胺与钙钛矿材料可逆的作用机制，开发了钙钛矿薄膜的甲胺气体修复技术，通过控制甲胺气体分压可以使钙钛矿材料自发吸入和脱出甲胺气体，钙钛矿薄膜经过此“呼吸”过程可以快速修复薄膜中的缺陷结构，实现了大面积均匀钙钛矿薄膜的制备。相关成果发表于Angew. Chem.（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54: 9705），Science 杂志在Editor’s choice版块对此工作进行了亮点报道（Science 2015, 349: 600）。

在此工作的基础上，课题组对钙钛矿材料的合成路线进行了进一步优化，通过HPbI3/MA反应体系代替传统的PbI2/MAI反应体系，首次实现了室温气-固反应制备钙钛矿材料。以HPbI3为前驱体材料，使钙钛矿薄膜的合成和修复同步进行，简化了制备工艺；由于新反应体系的反应过程不改变PbI6八面体的结构单元，类似于晶体结构的拓扑变化，不存在传质过程，微观上保证了成分的均匀性，理论上降低了晶体内部的缺陷结构。相关成果发表于J. Am. Chem. Soc.（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138：750），并已申请发明专利。

这种新型气-固反应和修复一体化大面积制备钙钛矿薄膜工艺路线具有广阔的市场应用前景，课题组与美国布朗大学和可再生能源实验室合作开展更为深入的基础研究，同时与厦门惟华光能公司合作，应用此技术开展制备大面积钙钛矿太阳能电池组件。

该研究得到中科院青年促进会(2015167)、政府间科技合作项目(2015DFG62670)以及青岛储能技术研究院的资助。

HPbI3/MA反应路线的反应机理及器件结果