摘要：

有機金屬三鹵化物鈣鈦礦太陽能電池(PSC)的快速發(fā)展使其成為領先的下一代光伏技術之一。然而，大多數高性能PSC，尤其是使用致密TiO₂作為電子傳輸層的PSC，都需要高溫燒結步驟，這與柔性聚合物基基板不兼容?？紤]到PSC的目標材料和相應的設備配置，在技術上必須制造低熱預算的高效電池，以便它們可以在低溫塑料基板上實現(xiàn)。我們報告了一種新的光子固化技術，該技術可在氧化銦錫涂層玻璃和柔性聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板上產生結晶銳鈦礦相TiO₂薄膜。采用光子固化TiO₂薄膜的平面PSC在玻璃和柔性PET基板上的PCE分別高達15.0%和11.2%，與采用爐退火TiO₂薄膜的PSC的器件性能相當。

文獻介紹：

鈣鈦礦太陽能電池(PSC)在過去幾年中的能量轉換效率(PCE)有了巨大提升，達到了20%以上的PCE水平，可與CIGS和CdTe等領先的薄膜光伏技術相媲美。PSC所展現(xiàn)的高光伏性能主要歸功于鈣鈦礦(CH₃NH₃PbI_3-xCl_x、CH₃NH₃PbI₃等)的優(yōu)異性能，包括強光吸收、優(yōu)異的電荷傳輸、低載流子復合和可調光學帶隙，以及新材料設計和加工技術的進步。

然而，到目前為止，大多數高效鈣鈦礦太陽能電池，尤其是那些具有傳統(tǒng)設備架構的電池，都使用緊湊的TiO₂作為電子傳輸層(ETL)，這需要高溫(500℃)燒結步驟。因此，它與低溫聚合物基塑料基板不兼容，因為它們在如此高的加工溫度下會大幅劣化。為了解決這個問題，Yang等人開發(fā)了一種室溫磁控濺射工藝來制備高密度TiO₂層，并且相關的PSC在塑料基板上的PCE高達15.1%。約在同一時間，Qiu等人報道了一種低溫電子束蒸發(fā)法制備TiO₂層，在玻璃和柔性基板上分別實現(xiàn)了14.6%和13.5%的PCE。最近，Vaenas等人展示了一種溶液處理法，該方法使用150℃的溫度為PSC生成金紅石TiO₂薄膜，PCE為13.7%。原子層沉積(ALD)是另一種用于沉積TiO₂層的方法，但是，使用 ALD 沉積的TiO₂的器件性能迄今為止很差。

與這些技術相比，光子固化是一種強脈沖光燒結技術，由于其顯著縮短了總體處理時間，并且具有卷對卷(R2R)兼容性，因此更有前景，是制造的首選。光子固化是一種低熱預算技術，它使用高強度光子脈沖處理各種基材上的薄膜材料，包括溫度敏感塑料（例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)）。與傳統(tǒng)的高溫爐退火不同，光子方法能夠在極短的時間內（以毫秒為單位）燒結包括太陽能電池材料在內的薄膜，從而消除對底層或基材的損壞。此外，它與R2R處理的兼容性使該技術對工業(yè)規(guī)模制造非常有吸引力。

在這項工作中，我們證明了光子固化技術在氧化銦錫(ITO)涂層玻璃和PET基板上實現(xiàn)高質量溶膠-凝膠處理的TiO₂薄膜的可行性。此外，還研究了水分對鈣鈦礦薄膜生長和相關器件性能的影響。在光子固化TiO₂層上采用優(yōu)化的鈣鈦礦薄膜生長制造的PSC在玻璃和柔性 PET 基板上的PCE分別高達15.0%和11.2%，與迄今為止報道的 PCE 相當。

除了能夠為高性能設備生產出高質量的薄膜外，光子固化技術與傳統(tǒng)的爐內退火相比還有另一個主要優(yōu)勢，那就是它顯著減少了總體處理時間。相比之下，使用光子固化（25個脈沖，脈沖持續(xù)時間為7毫秒，連續(xù)脈沖之間的時間間隔為500毫秒）對TiO2層進行退火需要13 秒的總固化時間，而爐內退火需要1小時，這意味著光子固化可以將總體固化時間縮短200 多倍。

總之，我們已成功展示了一種卷對卷兼容的光子固化技術，可作為傳統(tǒng)爐退火的有前途的替代品，以在玻璃和柔性基板上實現(xiàn)高質量的致密TiO₂薄膜，從而顯著減少處理時間和熱預算。采用光子固化TiO₂制造的器件表現(xiàn)出優(yōu)異的光伏性能，與在爐退火TiO₂層上觀察到的性能相當。更重要的是，柔性器件表現(xiàn)出高達11.2%的PCE，與大多數最先進器件的報道值相當。

引用：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ta/c6ta02105k

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