太陽能電池是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑,， 但傳統(tǒng)的硅基太陽能電池在效率提升方面面臨挑戰(zhàn),，難以充分利用全部光譜。 近年來，鈣鈦礦太陽能電池因其高效率、低成本和制備工藝簡單等優(yōu)點，備受關(guān)注,。 但是， 鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性問題以及復(fù)雜的環(huán)境因素,， 一直是阻礙其大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵問題,。
為了突破這些限制， 科研人員不斷探索新的方法,， 以提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性,。 然而，傳統(tǒng)的制備方法通常依賴人工操作,， 無法精確控制所有關(guān)鍵參數(shù),，導(dǎo)致重復(fù)性差、效率不穩(wěn)定,。 近期,，德國埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)材料科學(xué)系 Christoph J. Brabec 教授團隊在Energy & Environmental Science 雜志發(fā)表了一篇突破性研究成果,， 他們使用全新的 “自動設(shè)備加速平臺" (DAP)， 精確地操控了鈣鈦礦太陽能電池制備的關(guān)鍵參數(shù),， 并在常溫常壓的環(huán)境下成功地將電池效率提升至23% 以上,。
【自動設(shè)備加速平臺： 為鈣鈦礦太陽能電池制備注入“精準"與“高效"的力量】
自動設(shè)備加速平臺 (DAP) 在鈣鈦礦太陽能電池研究中的應(yīng)用帶來了多重優(yōu)勢：
l 提高效率: 自動化設(shè)備能夠加快實驗和數(shù)據(jù)收集的速度，使研究人員能夠在更短時間內(nèi)完成更多實驗,。
l 提高精度和一致性: 自動化系統(tǒng)減少了人為操作誤差，保證了實驗條件的一致性,，從而提高了實驗結(jié)果的可靠性和重復(fù)性,。
l 節(jié)約成本: 通過自動化設(shè)備，可以減少人力成本和材料浪費,，從而降低研究費用,。
l 加速材料篩選和優(yōu)化: 自動化平臺能夠快速篩選和優(yōu)化鈣鈦礦材料的組合，從而加速新型高效太陽能電池材料的開發(fā),。
l 數(shù)據(jù)處理和分析: 自動化設(shè)備可以集成高級的數(shù)據(jù)處理和分析工具,，實時分析實驗結(jié)果，提供有價值的反饋,，幫助研究人員迅速調(diào)整實驗參數(shù),。
l 推動創(chuàng)新: 自動化平臺可以進行大規(guī)模高通量實驗，為鈣鈦礦太陽能電池的創(chuàng)新和新技術(shù)的突破提供了可能性,。
【突破傳統(tǒng)效率,， 在常溫常壓下取得突破性成果】
該團隊的核心突破在于使用了全新的自動設(shè)備加速平臺（DAP）。 該平臺可以同時控制多種工藝參數(shù),， 實現(xiàn)對鈣鈦礦薄膜制備過程的精準操控,， 從而避免人工操作帶來的誤差， 保證實驗的可重復(fù)性,。 他們使用 DAP 系統(tǒng)對制備鈣鈦礦太陽能電池的十余個關(guān)鍵工藝參數(shù)進行優(yōu)化,， 重點分析了有機銨鹵化物滴加速度對鈣鈦礦薄膜和電池性能的影響。
該研究表明,，有機銨鹵化物的滴加速度對鈣鈦礦薄膜的 PbI2 殘留量以及器件的最終效率都具有顯著的影響,。 滴加速度過快或過慢，都可能導(dǎo)致電池性能不理想,。 通過研究團隊對關(guān)鍵參數(shù)的精細調(diào)整,， 最終發(fā)現(xiàn)最佳的滴加速度（例如50 µL s?1）可以有效地提升電池性能。
利用 DAP 平臺,， 結(jié)合科學(xué)的實驗設(shè)計,， 最終成功優(yōu)化了鈣鈦礦太陽能電池在常溫常壓條件下的制備工藝。 這一突破使得他們能夠建立一套無添加劑的標準操作程序 (SOP),， 能夠在環(huán)境溫度下穩(wěn)定制備高效率 (超過 23%),、 高可重復(fù)性且具有光熱穩(wěn)定鈣鈦礦電池,。
為了對鈣鈦礦太陽能電池的量子效率進行精確的測量， 該團隊還使用了光焱科技的 QE-R PV/太陽能電池量子效率光學(xué)儀,。 QE-R 設(shè)備能夠在不同的波長下測量電池的外量子效率（EQE）,， 精確地分析鈣鈦礦材料的光電轉(zhuǎn)換特性。
【開創(chuàng)新的太陽能技術(shù)： 前景無限】
該團隊的研究成果強調(diào)了深入理解工藝參數(shù)之間的因果關(guān)系對提升鈣鈦礦太陽能電池性能的重要性,。 此外,，他們的研究突顯了自動化平臺在探索創(chuàng)新制備流程和加速高性能鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)開發(fā)中的關(guān)鍵作用。
Brabec 教授團隊,， 通過對鈣鈦礦太陽能電池制備過程的精準操控,， 實現(xiàn)了突破性的效率提升， 為鈣鈦礦太陽能技術(shù)的發(fā)展指明了新的方向,。 這將促進更穩(wěn)定的高效太陽能電池走向市場化,， 幫助實現(xiàn)清潔能源的廣泛應(yīng)用， 為人類的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻,。
該團隊通過利用自動設(shè)備加速平臺（DAP）系統(tǒng),， 精確操控鈣鈦礦太陽能電池的制備工藝， 并在常溫常壓條件下,， 獲得了超過 23% 的電池效率,， 實現(xiàn)了突破性的進步。 DAP 能夠有效地提升科研效率,， 幫助科學(xué)家更快速地探索新材料和工藝,， 并加快鈣鈦礦太陽能電池的開發(fā)和應(yīng)用。
重要技術(shù)參數(shù)：
l 鈣鈦礦太陽能電池效率: > 23%
l 關(guān)鍵技術(shù): 自動設(shè)備加速平臺 (DAP)
l 關(guān)鍵設(shè)備: 光焱科技的 QE-R 光伏 / 太陽能電池量子效率光學(xué)儀
埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)_ Christoph J. Brabec教授
Christoph J. Brabec 教授是埃爾朗根-紐倫堡大學(xué) i-MEET (Materials for Electronics and Energy Technology) 研究所所長,。 他是世界上著名的材料科學(xué)家和納米技術(shù)專家,， 專注于有機光電材料、太陽能電池,、傳感器以及生物電子學(xué)領(lǐng)域的研究,。發(fā)表了500多篇科研論文， 被引用次數(shù)超過70000次,， 榮獲多個重要獎項,。
參考文獻
Precise control of process parameters for >23% efficiency perovskite solar cells in ambient air using an automated device acceleration platform _ Energy & Environmental Science2024,_ DOI: 10.1039/D4EE01432D
【本研究參數(shù)圖】
Fig 1. 自動制備流程和鈣鈦礦器件的統(tǒng)計性能示意圖。 (A) 采用兩步式循序沉積法自動制備鈣鈦礦薄膜的示意圖,。 (B) PSCs 的結(jié)構(gòu) (ITO/SnO2/鈣鈦礦/Spiro-OMeTAD/Au),。 (C) 使用不同滴管高度（滴入 FAI/MACl 溶液時）制備的鈣鈦礦器件的性能統(tǒng)計數(shù)據(jù)匯總。 滴管高度分別為 0.5,、1,、2、4,、6,、10,、15 和 30 mm。 (D) 鈣鈦礦器件的統(tǒng)計性能與鹵化銨滴速的函數(shù)關(guān)系,。 滴速分別為 5,、10、20,、50,、100、200,、400 和 500 µL s?1,。顯示器件結(jié)構(gòu)、受控的制程參數(shù)以及所得到的器件性能變化,，這些變化是參數(shù)的函數(shù),。 此圖有助于說明研究人員如何微調(diào)制備過程以獲得最佳結(jié)果,。
Fig 2. 鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)表征和分析,。 (A) 俯視 SEM 圖像（比例尺為 1 µm），(B) XRD 圖樣以及聚焦在 12.7° 附近的放大圖 (對應(yīng)于 PbI2 相),，以及 (C) 使用不同有機鹵化銨溶液滴速制備的鈣鈦礦薄膜的鈣鈦礦相峰 (在 14°) 的衍射強度,。 (D) 不同滴速對鈣鈦礦薄膜的形貌和結(jié)晶的影響示意圖。所制備的鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)分析,，重點關(guān)注其形貌,、晶體結(jié)構(gòu)以及這些方面如何受到不同滴速的影響。
Fig 4. 優(yōu)化器件的表征,。 (A) 器件的 J-V 曲線,。 插入文字提供了性能信息。 旋轉(zhuǎn)速度組合為 1300 rpm × 1750 rpm,，滴速為 50 µL s?1,。 (B) 優(yōu)化器件的 EQE 光譜和積分 Jsc。 (C) 使用優(yōu)化參數(shù)制備的器件的 J-V 曲線和 PCE 分布直方圖 (28 個電池),。 (D) 未封裝器件在模擬 AM 1.5G 照明下,，在周圍空氣中進行約 300 秒的 MPP 跟蹤，并連續(xù)通入氮氣,。 數(shù)據(jù)是在 Jmpp 下收集的,，并使用 0.908 V 的恒定電壓 (Vmpp)。 (E) 長期穩(wěn)定性測試的結(jié)果,。 樣品在充氮腔室內(nèi),，在 60–65 °C 下進行測試，并使用連續(xù)的金屬鹵化物燈照明 (83 mW cm?2),，方向相反,。描繪了優(yōu)化器件的性能特性,。 這包括 J-V 曲線、EQE,、PCE 分布和穩(wěn)定性測試,。 此圖顯示了優(yōu)化制程在創(chuàng)造高性能器件方面的成功。
Fig S16. 使用不同滴速制備的薄膜的 PL 光譜,。 滴速分別為 5 到 500 µL/s,。 在每部電影上都測量了具有規(guī)律圖案的 13 個點。不同滴速對鈣鈦礦薄膜的影響,，可能說明了受控滴速如何影響薄膜的光學(xué)特性,。
Fig.S21. 具有和沒有 PEAI 鈍化層的鈣鈦礦器件的 J-V 曲線。比較了具有和沒有鈍化層的器件的性能,，展示了鈍化策略在提高器件性能方面的有效性,。
推薦設(shè)備
QE-R_光伏 / 太陽能電池量子效率測量解決方案
具有以下特色優(yōu)勢：
l 高精度: QE-R 系統(tǒng)采用高精度光譜儀和校準光源，確保 EQE 測量的準確性和可靠性,。
l 寬光譜范圍:QE-R 系統(tǒng)的光譜范圍覆蓋紫外到近紅外區(qū)域,，適用于各種光伏材料和器件的 EQE 測量。
l 快速測量:QE-R 系統(tǒng)具有快速掃描和數(shù)據(jù)采集功能,，能夠高效地進行 EQE 光譜測量,。
l 易于操作:QE-R 系統(tǒng)軟件界面友好，操作簡單方便,，即使是初學(xué)者也能輕松上手,。
l 多功能:QE-R 系統(tǒng)不僅可以進行 EQE 測量，還可以進行反射率,、透射率等光學(xué)特性的測量,，具有多功能性。
文獻參考自 Energy & Environmental Science2024,_ DOI: 10.1039/D4EE01432D
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