近日，清華大學電機系易陳誼研究員團隊通過開發(fā)可適用于柔性襯底的化學水浴制備二氧化錫（SnO2）電子傳輸層工藝實現(xiàn)了25.09%（認證效率為24.90%）的柔性鈣鈦礦太陽能電池的世界最高效率紀錄。

柔性鈣鈦礦太陽能電池（FPSCs）因其輕薄、高功率質(zhì)量比、可彎折賦型等獨特優(yōu)勢而備受關注。然而，F(xiàn)PSCs的加工過程和使用過程都會受外力和形變的影響，并且柔性襯底常使用的PET等襯底很難長時間耐受超過150攝氏度以上的高溫，因此其表面很難沉積需要進行高溫后處理的FTO等導電薄膜，只能使用ITO等材料。而ITO容易在較低pH條件下被強酸所腐蝕，導致很難用傳統(tǒng)的SnCl2添加鹽酸的化學水浴法（最低pH約為1）在該柔性襯底上制備高質(zhì)量的SnO2電子傳輸層薄膜。因此，目前柔性鈣鈦礦太陽能電池效率仍然顯著低于剛性器件。

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圖1.柔性器件結(jié)構(gòu)圖及其實物以及基于化學水浴制備的柔性鈣鈦礦電池效率測試曲線

為解決這些問題，易陳誼團隊開發(fā)了一種高質(zhì)量SnO2電子傳輸層的制備新工藝。通過使用SnSO4取代常規(guī)的SnCl2作為錫源，能夠在不添加強酸，恒定pH條件下可控生長制備SnO2薄膜，從而使其適用于對酸敏感的柔性ITO襯底�；�于溫和且可控的生長環(huán)境獲得了覆蓋均勻的致密SnO2薄膜，并且利用該薄膜實現(xiàn)了25.09%（認證效率為24.90%）光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）的FPSCs，該效率為目前報道的柔性鈣鈦礦太陽能電池的世界最高效率紀錄。

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圖2.柔性鈣鈦礦太陽能電池最高效率的進展以及使用SnCl2和SnSO4在柔性基板上制備SnO2膜的差異

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圖3.柔性鈣鈦礦電池截面SEM圖和性能測試結(jié)果

基于SnSO4的FPSCs在耐久性方面表現(xiàn)出色，經(jīng)過10000次彎曲循環(huán)后，仍能保持其初始光電轉(zhuǎn)換效率的90%以上；測試表明基于SnSO4（與SnCl2相比）制備的SnO2為電子傳輸層的鈣鈦礦電池具有更好的熱穩(wěn)定性。這可歸因于硫酸錫基SnO2上的SO42-與Pb2+之間的強相互作用，可減少界面缺陷，提高鈣鈦礦器件的熱穩(wěn)定性。此外，新工藝SnO2的可控生長不僅確保了化學水浴過程的優(yōu)異再現(xiàn)性，還使得化學浴能夠重復使用，不僅可節(jié)省原材料，還可減少該過程對環(huán)境的影響。

相關研究成果以“通過SnO2的可控生長實現(xiàn)25%效率的柔性鈣鈦礦太陽能電池”（25%-Efficiency Flexible Perovskite Solar Cells Via Controllable Growth of SnO2）為題，于3月22日發(fā)表于《電力能源匯刊（英文）》（iEnergy）。

清華大學電機系博士后任寧宇、2021級博士生譚理國和李明昊為論文共同第一作者，易陳誼為論文通訊作者。

論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10478316