撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
與通過旋涂法制備的小面積鈣鈦礦薄膜(需在惰性氣氛中進行長時間熱退火以實現完全結晶)不同,可印刷鈣鈦礦光伏技術,面臨著晶體生長質量與水氧暴露導致的環境降解之間的關鍵矛盾。
2025 年 11 月 27 日,南昌大學陳義旺教授、胡笑添教授及廣安理工學院李鴻祥等,在國際頂尖學術期刊Science上發表了題為:Laser annealing enables rapid, degradation-free ambient processing of perovskite solar modules 的研究論文。
在環境條件下對鈣鈦礦薄膜進行激光退火可形成結晶薄膜,并避免熱退火過程中產生的降解產物。該研究利用掠入射廣角 X 射線光譜技術發現了一個約 2 分鐘的時間窗口,在該窗口內水和氧的影響得到有效抑制。使用納秒激光對薄膜進行 25 秒退火,即可完成晶體生長,并阻止六方鈣鈦礦相的形成,從而實現了一個 100 平方厘米的鈣鈦礦光伏剛性組件實現了 24% 的光電轉換效率,刷新了可規模化鈣鈦礦光伏組件的紀錄。
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在這項最新研究中,研究團隊通過原位掠入射廣角X射線散射分析,揭示了熱處理過程中的四階段降解機制,并確定了一個持續 123 ± 18 秒的無環境降解窗口期,在此窗口期內水和氧的影響得到緩解。
激光退火(波長為 455 納米,功率密度為 20 瓦/平方厘米)提供的輻照度比傳統熱退火方法(0.06 瓦/平方厘米)高出兩個數量級,從而阻止了六方鈣鈦礦相的累積。
利用該策略,研究團隊實現了 24.0%(100 平方厘米剛性組件)和 20.7%(柔性組件)的光電轉換效率(功率轉換效率),刷新了可規模化鈣鈦礦光伏組件的紀錄,實現了真正意義上的“空氣環境、高速、高性能”三者兼得。
論文鏈接:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx9650
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